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信号完整性基础--电源系统

发布时间: 2023-09-10 作者: 分享到:
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本章我们开始《号完整性基础》系列..一章--电源系统相关知识的讲解。一个稳定的电源系统才能为产品的稳定工作保驾护航。


01 PDN


PDN系统(Power Delivery Network)想必大家都不陌生,就拿手机主板来说,PCB设计完成,必须要进行PDN仿真,以..电源系统的稳定。
PDN系统的主要目的,是为负载提供低噪声的电源、为信号提供低阻抗返回路径、避免电磁干扰。
从噪声频率上来看,电源噪声主要来自VRM输出自带纹波;器件高速开关下,瞬态电流过大,稳压电源无法及时响应,造成电压跌落;负载瞬态电流在电源和地路径上因为阻抗而产生压降。


02 直流压降与热


由于电源网络存在直流阻抗,因此导致接收端的电压比源端更低。

减小直流压降常用的方式:增加铜厚、增加过孔、减少长度、增加铜皮面积、电压预提升

PCB上散热原则是减小器件向PCB的传热热阻,对此可以采用在单板上打孔或覆铜等,将热量传递出来,再通过对流和辐射传递到外部环境。

通过PCB散热的途径,重要程度依次如下:过孔、层叠结构、电源层的厚度、焊盘厚度


03 电容特性


电解电容、钽电容常用于低频滤波,陶瓷电容常用于高频滤波,高频时应考虑电容寄生参数ESL、ESR的影响;

电容等效为串联RLC电路后会在某个频率处谐振,这个频率称为自谐振频率。在这个频率之前电容呈现容性,频率之后电容呈现感性。

同封装下,容量越小的电容,其谐振频率点越高


04 目标阻抗

PDN网络中VRM作用于低频段,通常小于MHz级别,PCB板上的去耦电容作用于中频段,通常到百MHz级别,更高频段的噪声则由片上电容负责;

为使得PDN满足阻抗要求,可以使用多电容并联。可以分别使用多颗同等容量的电容,以及使用多颗不同容量的电容。

工程中常用不同容量的电容并联降低目标阻抗,会改变整体谐振频率点,并在两个电容之间引入反谐振点。


05 电源平面

电源和地平面主要用于提供供电网络,同时也为信号提供返回路径,及一定程度的高频滤波作用(通常电容过小,滤波效果较差,让两者互相靠近,更多是减少回路电感的考虑);
两个平面之间会形成一个电容器,且由于存在分布寄生电感,因此会形成一个谐振腔,具有谐振特性;
优化谐振方式:改变电源和地平面的面积,改变尺寸可以改变谐振频率,避开信号工作频谱;采用高介电参数的介质材料,可以降低电源、地的阻抗,谐振频率会降低;减少介质厚度,可以降低谐振振幅。


以上就是本期分享的所有内容啦,至此,信号完整性基础系列的分享就要告一段落了,后续还将为大家带来其他的硬件知识和实践指导欢迎大家持续关注



END


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【全文完】

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