电源性理解与设计

第第17页电源完整性理解与设计一、定义：一、定义：电源完整性〔Powerintegrity〕简称PI，是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。电源完整性在现今的电子产品中相当重要。有几个有关电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。在电路板层面的电源完整性要到达以下三个需求：1V之间的误差小于+/-50mV〕电源完整性〔Powerintegrity〕简称PI，是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。电源完整性在现今的电子产品中相当重要。有几个有关电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。在电路板层面的电源完整性要到达以下三个需求：1V之间的误差小于+/-50mV〕2、掌握接地反弹〔地弹〕〔同步切换噪声SSNSSO〕板上最大型的导体，因此也是最简洁放射及接收噪声的天线。1.1“地弹”：于GND假设掌握不好就会影响电路的功能，因此有必要深入理解地弹的概念并争论它的规律。QQ两种状态。假定由于电路状态装换，开关Q接通RL电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感LG，这样在芯片外的电路板“地”与芯片内的地之间，会形成肯定的电压差，如图中VG。这种由于输出转换引起的两种状态。假定由于电路状态装换，开关Q接通RL电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感LG，这样在芯片外的电路板“地”与芯片内的地之间，会形成肯定的电压差，如图中VG。这种由于输出转换引起的芯片内部参考地电位漂移就是地弹。AA加了一个与地弹噪声一样的噪声。1.2AA加了一个与地弹噪声一样的噪声。1.2PDN器件或芯片供给足够的电源，并满足系统对电源稳定性的要求。我们看到电源、GND网络，其实分布着阻抗。二、电源噪声余量计算：1、芯片的datasheet会给一个标准值，通常是5%；要考虑到稳压芯片直流输出误+/_2.5%，因此电源噪声峰值幅度不超过+/_2.5%。23.13~3.47，二、电源噪声余量计算：1、芯片的datasheet会给一个标准值，通常是5%；要考虑到稳压芯片直流输出误+/_2.5%，因此电源噪声峰值幅度不超过+/_2.5%。23.13~3.47，3.3V，安装在电路板后的输出电压是3.36V3.47-3.36=110mv精度是+/_1%，及3.36*+/_1%=+/_33.6mv。电源噪声余量为110-33.6=76.4mv。2.1计算电源噪声要留意五点〔1〕稳压芯片的输出的准确值是多少。〔2〕工作环境的是否是稳压芯片所推举的环境。〔3〕负载状况是怎么样，这对稳压芯片输出也有影响。〔4〕电源噪声最终会影响到信号质量。而信号上的噪声来源不仅仅是电源噪声，反射窜〔4〕电源噪声最终会影响到信号质量。而信号上的噪声来源不仅仅是电源噪声，反射窜扰等信号完整性问题也会在信号上叠加，因此不能把全部噪声余量留给电源系统。〔5〕不同的电压等级对电源噪声要求也不样，电压越小噪声余量越小。模拟电路对电源要求更高。2.2电源噪声来源〔1〕稳压芯片输出的电压不是恒定的，会有肯定的纹波。〔2〕稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源响应的频率一般在200Khz〔3〕负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗产生的压降。〔4〕外部的干扰。2.3•电容去耦是解决电源噪声的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源安排系统的阻抗都格外有效。要求，可依据公式I=Cdv/dt，此时电容二端存在电压的变化，电容开头放电，准时供给负载电流。AB扰等信号完整性问题也会在信号上叠加，因此不能把全部噪声余量留给电源系统。〔5〕不同的电压等级对电源噪声要求也不样，电压越小噪声余量越小。模拟电路对电源要求更高。2.2电源噪声来源〔1〕稳压芯片输出的电压不是恒定的，会有肯定的纹波。〔2〕稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源响应的频率一般在200Khz〔3〕负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗产生的压降。〔4〕外部的干扰。2.3•电容去耦是解决电源噪声的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源安排系统的阻抗都格外有效。要求，可依据公式I=Cdv/dt，此时电容二端存在电压的变化，电容开头放电，准时供给负载电流。ABABAB二点电压稳定及AB二点电压变化很小，可依据公式△V=Z*△I。实际的电容存在寄生电感与等效串联电阻。实际的电容存在寄生电感与等效串联电阻。R=esr+1/j2πfc+j2πfl•等效窜联电感无法消退，只要存在引线就会有寄生电感。等效串联电阻也是存在的，由于制作电容的材料不是超导体。当频率很低时，j2πflR=esr+1/j2πfc+j2πfl•等效窜联电感无法消退，只要存在引线就会有寄生电感。等效串联电阻也是存在的，由于制作电容的材料不是超导体。当频率很低时，j2πfl远j2πfl1/j2πfc及称为谐振点。2.41所示，您可以看一下标准的并联平行极板电容，理解平面电容的2.41所示，您可以看一下标准的并联平行极板电容，理解平面电容的概念。图1.并联平面电容图1.并联平面电容1的公式表示其大小：C=(εοεrA)/h其中：εοεrA=重叠区域h=单独的平面立电容的作用并不明显。例如，考虑下面。FR-4绝缘材料叠层(εr=4.5)1平方英寸面积的并联平行极板电容，隔开4mils。解决方案：h=4mils=1.016*10-4mεο8.85*10-12F/mA=16.4516*10-4m2εr=4.5把这些数值应用到上面的电容公式中，得到C=253pF。因此，典型FR-4电路板的公式表示其大小：C=(εοεrA)/h其中：εοεrA=重叠区域h=单独的平面立电容的作用并不明显。例如，考虑下面。FR-4绝缘材料叠层(εr=4.5)1平方英寸面积的并联平行极板电容，隔开4mils。解决方案：h=4mils=1.016*10-4mεο8.85*10-12F/mA=16.4516*10-4m2εr=4.5把这些数值应用到上面的电容公式中，得到C=253pF。因此，典型FR-4电路板叠层间隔4mils，每平方英寸的电容大约是253pF。数值与间隔距离成线性反比，与面积成线性正比。Altera在多种电路板上成功应用了平面电容。2.5减小杂散电感电源安排系统(PDS)的目的是为每一器件的电源和地焊盘供给并维持所要求的目标恒定电压。(Decaps)，以及电源和地定电压主要取决于它们相关的杂散电感。三、目标阻抗三、目标阻抗目标阻抗是电源系统的瞬态阻抗，对快速变化的电流的表现出来的一种特性阻抗。目标阻抗公式目标阻抗是电源系统的瞬态阻抗，对快速变化的电流的表现出来的一种特性阻抗。目标阻抗公式去耦的电源电压，ripple为允许的电压波动范围，典型值为2.5%，△Imax为负载芯片最大瞬态电流变化量。3.12个680uf7个2.2uf陶瓷电容〔0805封装〕，13个0.22uf陶瓷电容〔0603〕，26个0.022uf陶瓷电容〔0402〕。图中上部平坦的曲线是680uf电容的阻抗曲线，其它三个容值的曲线为为去耦的电源电压，ripple为允许的电压波动范围，典型值为2.5%，△Imax为负载芯片最大瞬态电流变化量。3.12个680uf7个2.2uf陶瓷电容〔0805封装〕，13个0.22uf陶瓷电容〔0603〕