Βασικές συμβουλές για αξιόπιστα δίκτυα διανομής ενέργειας σε PCB υψηλής ταχύτητας

Στα υψηλής ταχύτητας PCBs, οι συσκευές τροφοδοσίας όπως οι δρομολογητές 5G, οι διακομιστές κέντρων δεδομένων και τα προηγμένα συστήματα ADAS αυτοκινήτων, το δίκτυο διανομής ενέργειας (PDN) είναι η ραχοκοκαλιά της αξιόπιστης λειτουργίας.Ένα κακοσχεδιασμένο PDN προκαλεί πτώση τάσης, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και προβλήματα ακεραιότητας σήματος, που οδηγούν σε συντριβές συστήματος, μειωμένη διάρκεια ζωής ή αποτυχημένες δοκιμές EMC.Μελέτες δείχνουν ότι το 60% των αποτυχιών PCB υψηλής ταχύτητας οφείλονται σε ελαττώματα PDNΤα καλά νέα είναι ότι αυτά τα προβλήματα μπορούν να αποφευχθούν με σκόπιμο σχεδιασμό: στρατηγική αποσύνδεση, βελτιστοποιημένη διάταξη του αεροπλάνου, εντοπισμός / μέσω συντονισμού,και πρώιμη προσομοίωσηΟ οδηγός αυτός αναλύει τα κρίσιμα βήματα για την κατασκευή ενός ισχυρού PDN που παρέχει καθαρή, σταθερή ενέργεια, ακόμη και σε ταχύτητες άνω των 10 Gbps.

Βασικά συμπεράσματα
1.Η αποσύνδεση δεν είναι διαπραγματεύσιμη: τοποθετήστε πυκνωτές μικτών τιμών (0,01 μF100 μF) σε απόσταση 5 mm από τις πινές ισχύος του IC για να αποκλείσετε τον θόρυβο υψηλής / χαμηλής συχνότητας. Χρησιμοποιήστε παράλληλους διαδρόμους για χαμηλότερη επαγωγικότητα.
2.Τα αεροπλάνα δημιουργούν ή σπάνε PDN: Τα στερεά, στενά απομακρυσμένα αεροπλάνα ισχύος / εδάφους μειώνουν την αντίσταση κατά 40~60% και λειτουργούν ως φυσικά φίλτρα· ποτέ δεν χωρίζουν αεροπλάνα εκτός εάν είναι απολύτως απαραίτητο.
3.Trace/via βελτιστοποίηση: Διατηρήστε τα ίχνη μικρά/ευρεία, αφαιρέστε τα μη χρησιμοποιημένα μέσω stubs (μέσω back-drilling) και χρησιμοποιήστε πολλαπλά διαδρόμια κοντά σε συστατικά υψηλού ρεύματος για να αποφευχθούν τα συμφόρηση.
4.Σιμουλάρετε νωρίς: εργαλεία όπως το Ansys SIwave ή το Cadence Sigrity εντοπίζουν τις πτώσεις τάσης, τον θόρυβο και τα προβλήματα θερμότητας πριν από την κατασκευή πρωτοτύπου, εξοικονομώντας 30+ ώρες χρόνου επανασχεδιασμού.
5.Θερμική διαχείριση = PDN μακροζωία: Υψηλές θερμοκρασίες διπλασιάζουν τα ποσοστά αποτυχίας των εξαρτημάτων κάθε 10 °C. Χρησιμοποιήστε θερμικούς διαδρόμους και παχύ χαλκό για την διάχυση της θερμότητας.

Βασικά στοιχεία PDN: Ακεραιότητα ισχύος, Ακεραιότητα σήματος και συσσωρεύσεις στρωμάτων
Ένα αξιόπιστο PDN εξασφαλίζει δύο βασικά αποτελέσματα: ακεραιότητα ισχύος (σταθερή τάση με ελάχιστο θόρυβο) και ακεραιότητα σήματος (καθαρά σήματα χωρίς στρέβλωση).Και τα δύο εξαρτώνται από μια καλά σχεδιασμένη στρώση στοίβασης που ελαχιστοποιεί την αντίσταση και τις παρεμβολές.

1Η ακεραιότητα της ενέργειας: το θεμέλιο της σταθερής λειτουργίας
Η ακεραιότητα ισχύος (PI) σημαίνει την παροχή σταθερής τάσης σε κάθε συστατικό χωρίς πτώσεις, κορυφές ή θόρυβο.

α.Δύσκολα ίχνη ή επίπεδα ισχύος: Τα στερεά επίπεδα ισχύος έχουν 10 φορές χαμηλότερη αντίσταση από τα στενά ίχνη (π.χ. ένα ίχνος πλάτους 1 mm έναντι ενός επίπεδου ισχύος 50 mm2), αποτρέποντας τις πτώσεις τάσης.
β.Διαχωριστικοί πυκνωτές μικρής αξίας: Οι πυκνωτές χύδην (10 μF·100 μF) κοντά στις εισόδους ισχύος διαχειρίζονται θόρυβο χαμηλής συχνότητας· οι μικροί πυκνωτές (0,01 μF·0,1 μF) με καρφίτσες IC αποκλείουν θόρυβο υψηλής συχνότητας.
Γερά στρώματα χαλκού: 2oz χαλκού (έναντι 1oz) μειώνει την αντίσταση κατά 50%, μειώνοντας την συσσώρευση θερμότητας και την απώλεια τάσης.
δ.Αδιάλειπτα επίπεδα εδάφους: Αποφύγετε τα σχίσματα· τα σπασμένα επίπεδα εδάφους αναγκάζουν τα ρεύματα επιστροφής να ακολουθούν μεγάλες διαδρομές υψηλής επαγωγικότητας, προκαλώντας θόρυβο.

Κριτική μέτρηση: Στόχος για αντίσταση PDN <1 Ωμ από 1 kHz έως 100 MHz. Πάνω από αυτό το όριο, ο θόρυβος τάσης (V = I × Z) γίνεται σημαντικός, διαταράσσοντας ευαίσθητα εξαρτήματα όπως FPGA ή τσιπ RF.

2Ακεραιότητα σήματος: Πώς το PDN επηρεάζει τα σήματα
Η κακή σχεδίαση PDN βλάπτει άμεσα την ακεραιότητα του σήματος (SI).

α.Κορνίζοντας/υπερβαίνοντας τα όρια: Τα σήματα αναπηδούν πάνω/κάτω από την τάση-στόχο, οδηγώντας σε σφάλματα δεδομένων.
β.Συμβολή διασταύρωσης: Ο θόρυβος από τις σιδηροτροχιές ρέει σε ίχνη σήματος, στρεβλώνοντας τα δεδομένα υψηλής ταχύτητας (π.χ. PCIe 5.0).
γ.Αναπήδηση από το έδαφος: Πύργοι τάσης στα επίπεδα εδάφους όταν το ρεύμα αλλάζει γρήγορα (συνήθως σε ρυθμιστές διακόπτη).

Επεξεργαστείτε αυτά τα προβλήματα:

α.Χρησιμοποιώντας επίπεδα ισχύος για την παροχή οδών επιστροφής χαμηλής αντίστασης για σήματα.
β. Τοποθέτηση χωριστών πυκνωτών σε απόσταση 2 mm από ταχεία IC (π.χ. μικροεπεξεργαστές) για να μειωθούν οι αυξήσεις τάσης.
γ.Δρομολόγηση σημάτων υψηλής ταχύτητας μεταξύ των επιφανειακών επιπέδων (προστασία τους από το EMI).

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τα ελαττώματα PDN και τις επιπτώσεις τους στο SI:

3. Τάξη Stack-Up: Βελτιστοποίηση για την απόδοση PDN
Για τα PCB υψηλής ταχύτητας (10 Gbps +), χρησιμοποιήστε ένα πολυεπίπεδο στοίβασης με τους παρακάτω κανόνες:

α.Συνεργασία ισχύος και εδάφους: Τοποθετήστε τα δίπλα-δίπλα (χωρισμένα από ένα λεπτό διηλεκτρικό στρώμα, 0,1 mm· 0,2 mm).Αυτό δημιουργεί φυσική χωρητικότητα (C = εA / d) που φιλτράρει τον θόρυβο υψηλής συχνότητας και μειώνει την αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος.
β.Ασπίδα σήματος υψηλής ταχύτητας: στρώματα σήματος διαδρομής μεταξύ δύο επιπέδων εδάφους (π.χ. εδάφους → σήμα → έδαφος). Αυτό παγιδεύει το EMI και μειώνει την διασταυρούμενη ακοή κατά 20-30 dB.
c. Χρησιμοποιήστε βία ραφής: Συνδέστε τα επίπεδα εδάφους σε στρώματα με βία με απόσταση 5 mm ∼ 10 mm (ειδικά γύρω από τις άκρες του πίνακα). Αυτό δημιουργεί ένα αποτέλεσμα "κάφους Faraday", που περιέχει EMI.
δ.Αισορρόπηση της συσσώρευσης: διασφάλιση συμμετρικού αριθμού στρωμάτων (π.χ. 4 στρώματα: Σημείο → Δύναμη → Γη → Σημείο) για την πρόληψη της παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

Παράδειγμα 4 στρωμάτων στοιβάσεως για PCB υψηλής ταχύτητας:

1.Επάνω στρώμα: Σήματα υψηλής ταχύτητας (π.χ. Ethernet, USB4)
2στρώμα 2: επίπεδο ισχύος (3.3V)
3στρώμα 3: επίπεδο εδάφους (σκληρό, αδιάσπαστο)
4.Βόρειο στρώμα: σήματα χαμηλής ταχύτητας (π.χ. αισθητήρες, εισροές ισχύος)

Βασικές στρατηγικές σχεδιασμού PDN
1. Αποσύνδεση: Μπλοκάρετε τον θόρυβο στην πηγή
Οι χωριστικοί πυκνωτές λειτουργούν ως "τοπικές τράπεζες ισχύος" για τα διασυνοριακά δίκτυα· αποθηκεύουν το φορτίο και το απελευθερώνουν όταν η ζήτηση ρεύματος αυξάνεται, αποτρέποντας τις πτώσεις τάσης.

α. Επιλογή των σωστών τιμών του πυκνωτή
Χρησιμοποιήστε ένα συνδυασμό τιμών για να καλύψετε όλα τα εύρη συχνοτήτων:

Συσσωρευτές χύδην (10 μF·100 μF): τοποθετούνται κοντά σε συνδέσμους ρεύματος (π.χ. διακόπτες συνεχούς ρεύματος) για την αντιμετώπιση θορύβου χαμηλής συχνότητας (1 kHz·1 MHz) από ρυθμιστές τάσης.
Συμπιεστήρες μεσαίας συχνότητας (1 μF·0,1 μF): τοποθετούνται 2 mm·5 mm από τα διασταλτικά διακυμάνσεων για να φιλτράρουν τον θόρυβο μεσαίας συχνότητας (1 MHz·10 MHz).
Συμπιεστήρες υψηλής συχνότητας (0,01 μF·0,001 μF): Τοποθετούνται απευθείας δίπλα σε πινάκια ισχύος IC (≤2 mm) για την αποκάλυψη θορύβου υψηλής συχνότητας (10 MHz·100 MHz).

Συμβουλή: Συνδυάστε τους πυκνωτές παράλληλα (π.χ. 10 μF + 0,1 μF + 0,01 μF) για να δημιουργήσετε ένα "φίλτρο ευρυζωνικής σύνδεσης" που καλύπτει 1 kHz ̇ 100 MHz.

β. Βελτιστοποίηση της τοποθέτησης και της διαδρομής του πυκνωτή
Ελαχιστοποιήστε την περιοχή βρόχου: Η διαδρομή από τον πυκνωτή → πένα ισχύος IC → πένα εδάφους IC → πυκνωτή πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη.
Παράλληλοι διαδρόμοι: Χρησιμοποιήστε 2 ̇3 διαδρόμους ανά πυκνωτή για σύνδεση με τα επίπεδα ισχύος / εδάφους. Αυτό μειώνει την επαγωγικότητα κατά 30 ̇ 50% (έναντι ενός διαδρόμου).
Συσσωρευτές διάχυσης για πολυπιν IC: Για τσιπ με πινές ισχύος σε πολλαπλές πλευρές (π.χ. BGA), τοποθετήστε συσσωρευτές σε κάθε πλευρά για να εξασφαλιστεί η ομοιόμορφη παροχή ισχύος.

γ. Αποφύγετε τα κοινά λάθη αποσύνδεσης
Πολύ λίγοι πυκνωτές: Ένας μόνο πυκνωτής 0,1 μF δεν μπορεί να χειριστεί τόσο τον θόρυβο υψηλής όσο και χαμηλής συχνότητας.
Συμπιεστήρες πολύ μακριά από τα IC: Πέρα από 5 mm, η ιχνηλατηρότητα εξουδετερώνει την επίδραση αποκλεισμού θορύβου του συμπιεστή.
Λάθος μεγέθη συσκευασίας: Χρησιμοποιήστε συσκευασίες 0402 ή 0603 για πυκνωτές υψηλής συχνότητας ̇ μεγαλύτερες συσκευασίες (π.χ. 0805) έχουν υψηλότερη επαγωγικότητα.

2Σχεδιασμός αεροπλάνου: δημιουργία διαδρομών χαμηλής αντίστασης
Τα επίπεδα ισχύος και εδάφους είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση της παρεμπόδισης PDN· παρέχουν μια μεγάλη, συνεχή περιοχή χαλκού με ελάχιστη αντίσταση.

α. Βέλτιστες πρακτικές για το αεροσκάφος
Χρησιμοποιήστε στερεά επίπεδα (χωρίς περικοπές): Οι τρύπες ή οι περικοπές δημιουργούν "αντενές τρύπας" που ακτινοβολούν EMI και σπάνε τις τρέχουσες διαδρομές.3V αναλογικό σιδηρόδρομο).
Πεδία μεγέθους για ρεύμα: Ένα 50mm2 επίπεδο ισχύος μπορεί να μεταφέρει 5A (2oz χαλκό, άνοδος 60 °C) ςκάλ για υψηλότερα ρεύματα (π.χ. 10A χρειάζεται 100mm2).
Τοποθετήστε τα αεροπλάνα κοντά στο έδαφος: Τα παρακείμενα αεροπλάνα ισχύος / εδάφους (0,1 mm διαηλεκτρικό) δημιουργούν 100 ̇ 500 pF χωρητικότητας, η οποία φιλτράρει τον θόρυβο χωρίς επιπλέον συστατικά.

β. Βέλτιστες πρακτικές επίγειου επιπέδου
Μονό στερεό επίπεδο εδάφους: Για τα περισσότερα σχέδια, ένα ενιαίο επίπεδο εδάφους είναι καλύτερο από τα διαιρεμένα επίπεδα.συνδεθεί τα δύο επίπεδα σε ένα σημείο (αστρική γείωση) για να αποφευχθούν οι βρόχοι εδάφους.
Καλύψτε ολόκληρη την πλακέτα: επεκτείνετε το επίπεδο εδάφους στις άκρες της πλακέτας (εκτός από τις συνδέσεις) για να μεγιστοποιήσετε την ασπίδα.
Σύνδεση με διαδρόμους: Χρησιμοποιήστε διαδρόμους (0,3 mm ∼0,5 mm) με απόσταση 5 mm ∼10 mm μεταξύ τους για να συνδέσετε τα επίπεδα εδάφους σε στρώματα.

Ο παρακάτω πίνακας υπογραμμίζει τα οφέλη του σχεδιασμού αεροπλάνων:

3. Οπτικοποίηση μέσω της παρακολούθησης: Αποφυγή μειωμένων ογκών
Ακόμη και με μεγάλα αεροσκάφη, η κακή σχεδίαση ίχνη / μέσω μπορεί να καταστρέψει την απόδοση PDN. Επικεντρωθείτε σε αυτούς τους τομείς:
α. Σχεδιασμός ιχνοστοιχείων
Κρατήστε τα ίχνη σύντομα: Τα μακρά ίχνη (≥ 50 mm) αυξάνουν την αντίσταση και την επαγωγικότητα ∆ιανύουν τα ίχνη ισχύος απευθείας από τα επίπεδα στα IC.
Χρησιμοποιήστε ευρεία ίχνη: Για μονοπάτια υψηλού ρεύματος (π.χ. ρυθμιστές τάσης σε διακυβέρνητα διακυβέρνησης), χρησιμοποιήστε ίχνη πλάτους ≥1 mm (2oz χαλκού) για να μεταφέρετε 2A + χωρίς πτώσεις τάσης.
Αποφύγετε τα κενά: Τα αχρησιμοποίητα κενά ίχνη (≥3 mm) λειτουργούν ως κεραίες, εκπέμπουν EMI και προκαλούν αντανακλάσεις σήματος.

β. Μέσω σχεδιασμού
Απομάκρυνση των κοκκίων με πίσω γεωτρήσεις: Οι κοκκίδες μέσω (το μέρος του δρόμου πέρα από το στρώμα στόχου) προκαλούν συντονισμό σε υψηλές συχνότητες (π.χ. 10 Gbps).
Χρησιμοποιήστε πολλαπλούς διαδρόμους για υψηλό ρεύμα: Ένας ενιαίος διαδρόμος 0,5 mm μπορεί να μεταφέρει ~ 1A ̇ χρησιμοποιεί 2 ̇ 3 διαδρόμους για διαδρομές 2A ̇ 3A (π.χ. αποσύνδεση πυκνωτών σε επίπεδα).
Μέγεθος διαδρόμων για την εργασία: Για διαδρόμους σήματος, χρησιμοποιήστε τρύπες 0,3 mm· 0,4 mm· για διαδρόμους ισχύος, χρησιμοποιήστε τρύπες 0,5 mm· 0,8 mm για να ελαχιστοποιήσετε την αντίσταση.

γ. Θερμικές οδούς
Τα PCB υψηλής ταχύτητας παράγουν θερμότητα (π.χ. 10W από μια CPU), η οποία αυξάνει την αντίσταση ίχνη και υποβαθμίζει την απόδοση PDN.

Κάτω από τα θερμά εξαρτήματα: τοποθετήστε 4·6 θερμικούς διαδρόμους (0,3 mm τρύπες) κάτω από BGA, ρυθμιστές τάσης ή ενισχυτές ισχύος.
Σύνδεση με τα επίπεδα εδάφους: Οι θερμικοί διάδρομοι μεταφέρουν θερμότητα από το συστατικό στο επίπεδο εδάφους, το οποίο λειτουργεί ως απορροφητή θερμότητας.

Προχωρημένες εκτιμήσεις σχεδιασμού PDN
1Εργαλεία προσομοίωσης: Δοκιμή πριν την κατασκευή
Η προσομοίωση είναι ο καλύτερος τρόπος για να εντοπίσετε τα ελαττώματα PDN νωρίς, πριν ξοδέψετε χρόνο και χρήματα σε πρωτότυπα.

Συγχρονιστική ροή εργασίας για το PDN
1.Προ-διαρρύθμιση: μοντέλο της στοίβασης στρώματος και τοποθέτηση πυκνωτή για την πρόβλεψη της αντίστασης.
2.Μετά τη διάταξη: Εξάγει παρασιτικές τιμές (R/L/C) από τη διάταξη PCB και εκτελεί προσομοιώσεις πτώσης τάσης.
3.Θερμική προσομοίωση: Ελέγχος για τα θερμά σημεία (≥ 85°C) που θα μπορούσαν να υποβαθμίσουν τις επιδόσεις του PDN.
4.EMI προσομοίωση: Βεβαιώνονται ότι το PDN πληροί τα πρότυπα EMC (π.χ. μέρος 15 της FCC) με σάρωση για ακτινοβολούμενες εκπομπές.

Μελέτη περίπτωσης: Μια ομάδα PCB κέντρου δεδομένων χρησιμοποίησε το Ansys SIwave για να προσομοιώσει το PDN τους. Βρήκαν ένα μέγιστο αντίστασης 2 ohm στα 50 MHz, το οποίο διορθώθηκε προσθέτοντας πυκνότερους 0,01 μF. Αυτό απέτρεψε ένα επανασχεδιασμό 10k δολαρίων..

2. Ελέγχος EMI/EMC: Διατήρηση του θορύβου υπό έλεγχο
Τα PDN υψηλής ταχύτητας είναι οι κύριοι ρυθμιστές εναλλαγής πηγών EMI και τα γρήγορα IC παράγουν θόρυβο που μπορεί να αποτύχει στις δοκιμές EMC. Χρησιμοποιήστε αυτές τις τεχνικές για τη μείωση του EMI:

α.Οπτικοποίηση της συσσώρευσης: Η συσσώρευση τεσσάρων στρωμάτων (Σύνθημα → Δύναμη → Γη → Σύνθημα) μειώνει τις ακτινοβολούμενες εκπομπές κατά 10·20 dB σε σύγκριση με μια πλακέτα δύο στρωμάτων.
β.Μικροποίηση των περιοχών βρόχου: Ο βρόχος ισχύος (επίπεδο ισχύος → IC → επίπεδο εδάφους) πρέπει να είναι < 1 cm2· οι μικρότεροι βρόχοι ακτινοβολούν λιγότερο EMI.
γ.Εισόδους ισχύος φίλτρου: Προσθέστε σφαιρίδια φερριτίου ή φίλτρα LC στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας (π.χ. είσοδος 12V) για να αποκλείσετε το διεξάγεται EMI.
δ.Αποκάλυψη θορύβων συστατικών: Χρησιμοποιήστε μεταλλικές ασπίδες γύρω από τους ρυθμιστές διακόπτη ή τα τσιπ ραδιοσυχνοτήτων για να περιορίσετε το EMI.

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την αποτελεσματικότητα της μείωσης του ΕΜΕ:

3Θερμική διαχείριση: Προστασία PDN μακροζωία
Η θερμότητα είναι ο χειρότερος εχθρός του PDN, κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10°C διπλασιάζει τα ποσοστά αποτυχίας των εξαρτημάτων και αυξάνει την αντοχή του χαλκού κατά 4%.

α.Σκρυστά στρώματα χαλκού: 2 ουγκιές χαλκού (έναντι 1 ουγκιών) έχουν 50% χαμηλότερη αντίσταση και εξαλείφουν τη θερμότητα ταχύτερα.
β.Θερμικοί διάδρομοι: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τοποθετήστε τους διάδρομους κάτω από ζεστά εξαρτήματα για τη μεταφορά θερμότητας στα επίπεδα εδάφους.
γ.Απορροφητήρες θερμότητας: Για τα εξαρτήματα υψηλής ισχύος (π.χ. ρυθμιστές τάσης 5W), προσθέστε απορροφητήρες θερμότητας με θερμική πάστα σε χαμηλότερη θερμοκρασία σύνδεσης.
δ.Δόσεις χαλκού: Προστίθεται διάχυση χαλκού (συνδεδεμένη με το έδαφος) κοντά σε καυτά στοιχεία για τη διάδοση της θερμότητας.

Συχνά Λάθη ΠΔΝ που Πρέπει να Αποφύγετε
1Ανεπαρκής αποσύνδεση
Λάθος: Χρησιμοποίηση μίας μόνος τιμής πυκνωτή (π.χ. μόνο 0,1 μF) ή τοποθέτηση πυκνωτών >5 mm από διακυμάντες.
Αποτελέσματα: κυματισμός τάσης, EMI και ασταθή σιδηροτροχιά ̇ που οδηγούν σε συντριβές IC ή αποτυχίες δοκιμών EMC.
Διόρθωση: Χρησιμοποιήστε πυκνωτές μικτής αξίας (0,01 μF, 0,1 μF, 10 μF) εντός 2 mm ̇5 mm από τις καρφίτσες IC. Προσθέστε παράλληλα διαδρόμια.

2Κακοί δρόμοι επιστροφής.
Λάθος: Διαδρομή των σημάτων πάνω από διαχωρισμούς εδάφους ή κοντά στις άκρες του πίνακα.
Αποτελέσματα: Οι σπασμένες διαδρομές επιστροφής αυξάνουν την διασταύρωση και τα σήματα EMI διαστρεβλώνονται και συμβαίνουν σφάλματα δεδομένων.
Διόρθωση: Χρησιμοποιήστε ένα στερεό επίπεδο εδάφους, σήματα διαδρομής μεταξύ των επιπέδων εδάφους, προσθέστε οδούς εδάφους κοντά στις αλλαγές στρωμάτων.

3. Αγνοώντας την επικύρωση
Λάθος: Παράλειψη προσομοίωσης ή φυσικής δοκιμής (π.χ. μέτρηση τάσης με οσιλοσκόπιο).
Αποτελέσματα: Μη ανιχνεύσιμες πτώσεις τάσης ή καυτά σημεία· οι πλακέτες αποτυγχάνουν στο πεδίο ή κατά τη διάρκεια της πιστοποίησης.
Διόρθωση: Εκτέλεση προσομοιώσεων πριν/μετά τη διάταξη· δοκιμή πρωτοτύπων με οσιλοσκόπιο (μέτρηση θορύβου τάσης) και θερμική κάμερα (έλεγχος των θερμών σημείων).

Γενικές ερωτήσεις
1Ποιος είναι ο κύριος στόχος του PDN σε PCB υψηλής ταχύτητας;
Ο βασικός στόχος του PDN είναι η παροχή καθαρής, σταθερής ισχύος (ελάχιστος θόρυβος τάσης, χωρίς πτώσεις) σε κάθε συστατικό, ακόμη και όταν η ζήτηση ρεύματος αυξάνεται (π.χ. κατά τη μετάβαση IC).Αυτό εξασφαλίζει την ακεραιότητα του σήματος και αποτρέπει τις βλάβες του συστήματος..

2Πώς να διαλέξω χωριστικούς πυκνωτές για ένα PCB 10 Gbps;
Χρησιμοποιήστε ένα μείγμα:

α.00,01 μF (υψηλής συχνότητας, ≤2 mm από τις καρφίτσες IC) για την αποκάλυψη θορύβου 10 ̇ 100 MHz.
β.0.1 μF (μεσαία συχνότητα, 2·5 mm από διακυμάνσεις IC) για θόρυβο 1·10 MHz.
c.10 μF (συσσωματικές, κοντινές εισόδους ισχύος) για θόρυβο 1 kHz1 MHz.
Επιλέξτε πακέτα 0402 για πυκνωτές υψηλής συχνότητας για να ελαχιστοποιήσετε την επαγωγικότητα.

3Γιατί ένα στερεό επίπεδο εδάφους είναι καλύτερο από τα ίχνη εδάφους;
Ένα στερεό επίπεδο εδάφους έχει 10 φορές χαμηλότερη αντίσταση και επαγωγικότητα από τα εδάφια.και λειτουργεί ως απορροφητής θερμότητας κρίσιμος για τα PCB υψηλής ταχύτητας.

4Πώς μπορώ να δοκιμάσω το PDN μου αφού φτιάξω ένα πρωτότυπο;
Μέτρηση θορύβου τάσης: Χρησιμοποιήστε οσιλοσκόπιο για να ελέγξετε την κυματισμό τάσης στις σιδηροτροχιές ισχύος (στόχος για < 50mV από κορυφή σε κορυφή).
Θερμική δοκιμή: Χρησιμοποιήστε θερμική κάμερα για να εντοπίσετε τα καυτά σημεία (κρατήστε θερμοκρασίες < 85°C).
Δοκιμές EMI: Χρησιμοποιήστε σαρωτή EMI για να εξασφαλιστεί η συμμόρφωση με τα πρότυπα FCC/CE.

5. Τι συμβαίνει αν η αντίσταση PDN είναι πολύ υψηλή (> 1 ohm);
Η υψηλή αντίσταση προκαλεί θόρυβο τάσης (V = I × Z) για παράδειγμα, η ζήτηση ρεύματος 1A με αντίσταση 2 Ω δημιουργεί θόρυβο 2V. Αυτό διαταράσσει ευαίσθητα εξαρτήματα (π.χ. τσιπ RF),που οδηγεί σε σφάλματα σήματος ή συντριβές του συστήματος.

Συμπεράσματα
Ένα αξιόπιστο PDN δεν είναι μια μεταγενέστερη σκέψη, είναι ένα θεμελιώδες μέρος του σχεδιασμού PCB υψηλής ταχύτητας.και ιχνηλασία/μέσω της βελτιστοποίησης, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα PDN που παρέχει καθαρή ενέργεια.Οι πρώτες προσομοιώσεις (με εργαλεία όπως το Ansys SIwave) και οι φυσικές δοκιμές είναι μη διαπραγματεύσιμες· εντοπίζουν τα ελαττώματα πριν γίνουν δαπανηρές αναδιαρθρώσεις.

Θυμηθείτε: Τα καλύτερα PDNs εξισορροπούν την απόδοση και την πρακτικότητα.Δέσμευση για την αποσύνδεση των συσσωρευτώνΓια σχέδια υψηλής ταχύτητας (10 Gbps+), δώστε προτεραιότητα στα παρακείμενα επίπεδα ισχύος/εδάφους, την αποσύνδεση μικτής αξίας και τη θερμική διαχείριση· αυτές οι επιλογές θα κάνουν ή θα σπάσουν την απόδοση των PCB σας.

Καθώς τα ηλεκτρονικά προϊόντα γίνονται ταχύτερα και μικρότερα, ο σχεδιασμός PDN θα αυξήσει τη σημασία του.και της τεχνολογίας αυτοκινήτων, αποφεύγοντας τα κοινά εμπόδια που πλήττουν λιγότερο σκόπιμα σχέδια.