下载后可任意编辑PCB 电源供电系统的分析与设计12024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑 PCB 电源供电系统的分析与设计陈宇哲 副总裁 Sigrity 公司 当今, 在没有透彻掌握芯片、 封装结构及 PCB 的电源供电系统特性时, 高速电子系统的设计是很难成功的。事实上, 为了满足更低的供电电压、 更快的信号翻转速度、 更高的集成度和许多越来越具有挑战性的要求, 很多走在电子设计前沿的公司在产品设计过程中为了确保电源和信号的完整性, 对电源供电系统的分析投入了大量的资金, 人力和物力。 电源供电系统(PDS)的分析与设计在高速电路设计领域, 特别是在计算机、 半导体、 通信、 网络和消费电子产业中正变得越来越重要。随着超大规模集成电路技术不可避开的进一步等比缩小, 集成电路的供电电压将会持续降低。随着越来越多的生产厂家从130nm 技术转向 90nm 技术, 能够预见供电电压会降到 1.2V, 甚至更低, 而同时电流也会显著地增加。从直流 IR 压降 到沟通动态电压波动控制来看, 由于允许的噪声范围越来越小, 这种进展趋势给电源供电系统的设计带来了巨大的挑战。 PCB 电源供电系统 设计概览 22024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑一般在沟通分析中, 电源地之间的输入阻抗是用来衡量电源供电系统特性的一个重要的观测量。对这个观测量的确定在直流分析中则演变成为 IR 压降的计算。无论在直流或沟通的分析中, 影响电源供电系统特性的因素有: PCB 的分层、 电源板层平面的形状、 元器件的布局、 过孔和管脚的分布等等。 电源地之间的输入阻抗概念就能够应用在对上述因素的仿真和分析中。比如, 电源地输入阻抗的一个非常广泛的应用是用来评估板上去耦电容的放置问题。随着一定数量的去耦电容被放置在板上, 电路板本身特有的谐振能够被抑制掉, 从而减少噪声的产生, 还能够降低电路板边缘辐射以缓解电磁兼容问题。为了提高电源供电系统的可靠性和降级系统的制造成本, 系统设计工程师必须常常考虑如何经济有效地选择去耦电容的系统布局。 高速电路系统中的电源供电系统一般能够分成芯片、 集成电路封装结构和 PCB 三个物理子系统。芯片上的电源栅格由交替放置的几层金属层构成, 每层金属由 X 或 Y 方向的金属细条构成电源或地栅格, 过孔则将不同层的金属细条连接起来。 对于一些高性能的芯片, 无论内核或是 IO 的电源供电都集成了很多去耦单元。集成电路封装结构, 如同一个缩小...
