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    PCB设计中电源信号完整性的分析

    来源:未知作者:hrm发布时间:2012-01-14 10:19浏览: 次

    中国彩吧 www.leswrites.com 随着竞争的日益加剧,人们对产品质量和功能的要求越来越大,厂商在做产品研发时需要考虑的因素也越来越多。就拿PCB设计来说,电源信号完整性是关键,电源完整性直接影响PCB板的信号完整性设计。

    所谓信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量,当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时,该电路就有很好的信号完整性。

    当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时,就出现了信号完整性问题,信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为,当系统工作在50MHz时,就会产生信号完整性问题,而随着系统和器件频率的不断攀升,信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题,导致系统工作不稳定,甚至完全不能正常工作。在大多情况下,影响信号畸变的因素主要是电源系统?;系厍ㄒ?a href="http://www.leswrites.com/molex/list-pcb_receptacles.html">PCB插座代理商广州浩隆电子刘工程师就PCB设计过程中电源信号完整性做了以下分析。

    1) 电源分配系统

    电源完整性设计是一件十分复杂的事情,但是如何近年控制电源系统(电源和地平面)之间阻抗是设计的关键。理论上讲,电源系统间的阻抗越低越好,阻抗越低,噪声幅度越小,电压损耗越小。实际设计中我们可以通过规定最大的电压和电源变化范围来确定我们希望达到的目标阻抗,然后,通过调整电路中的相关因素使电源系统各部分的阻抗(与频率有关)目标阻抗去逼近。

    2) 地反弹

    当高速器件的边缘速率低于0.5ns时,来自大容量数据总线的数据交换速率特别快,当它在电源层中产生足以影响信号的强波纹时,就会产生电源不稳定问题。当通过地回路的电流变化时,由于回路电感会产生一个电压,当上升沿缩短时,电流变化率增大,地反弹电压增加。此时,地平面(地线)已经不是理想的零电平,而电源也不是理想的直流电位。当同时开关的门电路增加时,地反弹变得更加严重。对于128位的总线,可能有50_100个I/O线在相同的时钟沿切换。这时,反馈到同时切换的I/O驱动器的电源和地回路的电感必须尽可能的低,否则,连到相同的地上的静止将出现一个电压毛刷。地反弹随处可见,如芯片、封装、连接器或电路板上都有可能会出现地反弹,从而导致电源完整性问题。

    从技术的发展角度来看,器件的上升沿将只会减少,总线的宽度将只会增加。保持地反弹在可接受的唯一方法是减少电源和地分布电感。对于,芯片,意味着,移到一个阵列晶片,尽可能多地放置电源和地,且到封装的连线尽可能短,以减少电感。对于,封装,意味着移动层封装,使电源的地平面的间距更近,如在BGA封装中用的。对于连接器,意味着使用更多的地引脚或重新设计连接器使其具有内部的电源和地平面,如基于连接器的带状软线。对于电路板,意味着使相邻的电源和地平面尽可能地近。由于电感和长度成正比,所以尽可能使电源和地的连线短将降低地噪声。

    3) 去耦电容

    我们都知道在电源和地之间加一些电容可以降低系统的噪声,但是到底在电路板上加多少电容?每个电容的容值多大合适?每个电容放在什么位置更好?类似这些问题我们一般都没有去认真考虑过,只是凭设计者的经验来进行,有时甚至认为电容越少越好。在高速设计中,我们必须考虑电容的寄生参数,定量的计算出去耦电容的个数以及每个电容的容值和放置的具体的位置,确保系统的阻抗在控制范围之内,一个基本的原则是需要的去耦电容,一个都不能少,多余的电容,一个也不要。

    刘工程师还提到,相对于信号完整性,电源完整性是一种较新的技术,它被认为是高速高密度PCB设计目前最大的挑战之一。它不但涉及到板级,同时涉及到芯片和封装级。据介绍,电源完整性工程PI已推向市场,并已成功运用到很多客户的设计中。

    标签: PCB设计 电源信号
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