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2018年

如何解决PDN设计中的各种问题

先容

PCB设计职员听到“PDN(Power distribution network)”或“配电收集”这个术语时,可能会感觉很繁杂。实际上,PDN的目标与先容PDN机能的大年夜多半PCB设计方面一样简单。在本文中,我们将先容PDN设计的各个方面,以及PCB设计职员若何利用它们。

总体目标:为负载供给足够的电流和电压

配电收集的基础目标异常简单 - 为每个负载供给足够的电流和电压,以满意其运行要求。虽然PDN的整体设计,包括电压调节器,去耦,封装,部件的安装等都是具有寻衅性的,必要专门的培训和履历,优化PDN机能的PCB并不繁杂,由于PCB设计职员可以做的很有限。在本文中,我们将重点先容PCB结构中要斟酌的内容,以确保你的PCB设计能够为所有负载供给足够的电流和电压。

要求1:旌旗灯号源和负载之间的有效金属

确保每个旌旗灯号源和其响应负载之间有足够的金属(平日是铜)是PDN设计的最关键的地方。一方面,对付标定的资源,IPC-2152供给相称简单的指示措施。给定电流和温度的最大年夜值,规范奉告您,该设计的最小宽度应为若干。不幸的是,只有应用IPC-2152的设计师才会过度设计PCB,而不知道设计中存在的问题,此中包括:

IPC-2152宽度建议是守旧的。

它们代表应用来自最坏环境的数据进行谋略,用户平日做出最守旧的假设(例如容许温度上升最小值)。应用IPC-2152制造的设计可能需更大年夜的功率。

IPC-2152过孔建议是守旧的。

这是分外必要留意的,由于一个电源轨道的通孔可以穿透板子的上下层,是以应该优化数字和尺寸。 仅应用IPC-2152制造的设计可能必要更大年夜或更多的电源通孔。

IPC-2152对相关电源轨的放置没有任何深入的懂得。

电压调节器平日对与其相关的各类电源外形,从输入到输出包括反馈,具有特定的要求。

设计职员必要更好的对象来优化电源(和接地)导轨的尺寸和外形,平日称为“PI-DC”或“IR Drop”。 Altium已将此功能集成到PDN Analyzer的设计情况中,使其相符PDN要求。设计师不必依附IPC-2152,而是可以阐发每条电源轨,看看是否相宜,包括IPC-2152未涉及的方面,如:

旌旗灯号源和负载之间的间隔

旌旗灯号源和负载之间容许的电压降

容许电流畅过连接器引脚

从通孔,连接器等补偿地面中的穿孔

PDN阐发仪容许设计职员快速轻松地满意PDN设计的最基础要求 - 优化电源和负载之间的金属设计。

要求2:电容尺寸,数值,编号和位置

PCB设计职员的下一个设计规划是电容优化。首先,这可能是令人畏怯的,由于它涉及频率依附特点,这比PI-DC方面更不直不雅。幸运的是,繁杂性源自电容效率以及元件数量,而这些都由PCB设计师节制,包括:

电容选择(尺寸,数量和数值)

电容放置的位置

层叠

着末两个方面PCB设计职员可以最大年夜限度的发挥感化,并且经由过程其优化要求来确定详细的措施,包括:

在负载封装周围扩展电容

器件尽可能接近电路板外面

在电源和接地层之间应用最薄的电介质

交替电容器通孔的极性,当它们接近时

设计职员可以借助免费的对象对电容进行优化,包括Rolf Ostergaard(www.pdntool.com)和Altera

设计繁杂性的注释

还有更繁杂的电力运送系统,如电机节制器,其他要求如电感器,反馈回路等,我们不会在这里详细解说。在这些环境下,造访更繁杂的阐发对象和指南是需要的。

满意每个旌旗灯号源和负载要求的全系统的PDN设计是一项异常艰苦的事情。然则PDN阐发仪能够简化这项事情,前进设计的靠得住性。