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| | | | | | | 为了让读者理解,所以由浅及深来,首先需要介绍的是电源完整性power integrity,后面简称PI。
百度中对PI的介绍如下,与诸多书籍中描述的意思基本一致,这里照搬过来。
电源完整性(Power integrity)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达到以下三个需求:
- 1、使芯片引脚的电压涟波比规格要小一些(例如电压和1V之间的误差小于+/-50 mV)
- 2、控制接地反弹(也称为同步切换噪声SSN、同步切换输出SSO)
- 3、降低电磁干扰(EMI)并且维持电磁兼容性(EMC):电源分布网络(PDN)是电路板上最大型的导体,因此也是最容易发射及接收噪声的天线。
实际上我们通过IR-drop直流压降,电源/地平面谐振,PDN阻抗,SSN同步开关噪声几个参数去设计一个产品的PI性能。当一个产品的PI参数设计的足够好,它的初始EMI特性以及负载IC的工作状态必然更优。
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| | | | | | | | | | | | | PI参数3——PDN阻抗控制设计示例
PDN电源网络是板上面积最大的能量传输网络,PDN网络与VRM电源和IC负载连接,单一电源网络包含多个开关频率和不同功率负载。同时,电源平面与地平面构成了谐振腔体,不同大小和形状的电源平面,都有它固定的谐振模态。当PDN网络由于电源/地谐振,会增加电源网络高频阻抗,我们知道,电源网络的分布电容和分布电感形成了许多局部和整体的谐振频率,当电源网络的阻抗被抬高,整体的谐振能量将被抬高。由LCR谐振电路便可以知道。
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| | | | | | | | | | | | | | | PI参数4——SSN同步开关噪声设计示例
同步开关噪声,是指当器件处于开关状态,产生瞬间变化的电流,在经过回流途径上存在的分布电感时,形成交流压降,从而引起噪声。同步开关噪声,一般出现在PCB的二级电源网络,多发生在MCU,CPU,FPGA,图像seneor,视频解码芯片,DDR等低压大电流,多路时钟/高速数据线的位置。比如生活中常见的的DDR内存条
DDR内存颗粒中的数据/地址/时钟线在工作中,会在电源中抽取电流,由于DDR的高速特性,信号开关边沿速度目前已经可以达到ps级,线路中细微的分布电感都会引起较大的压降。我们从PCIE接口电源位置中测试VRM网络的电压噪声,可以看到下图中存在的电压波动。这些宽频的噪声路径中一旦出现防护不当,便会被EMC检测设备拾取。
而解决的思路,在于控制芯片的电源网络阻抗,避免电源网络被VIA等分割的的过于破碎。常见的措施便是在芯片电源管脚中加入旁路电容,来满足芯片瞬时开通时的用电需求。比如多数工程师会在IC电源管脚上放置一颗0.1uF电容。该电容的容值其实是需要计算得到。具体的方法可以参阅下面文章 https://mbd.baidu.com/newspage/d ... A%22bjhauthor%22%7D
DDR由于其特殊性,厂家会将该电容集成在IC中,以节省布线空间。下图中,当开启芯片中的on-die de-capacitor时,电压波动幅值得以降低。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 李版主不要着急,有些文档不在个人电脑上,先占个楼层保证逻辑完整。
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| | | | | | | 特斯拉电驱方案网上很多资料的。国内厂家也都模仿的特斯拉方案,区别估计也就是选不同厂家的IC 还有原理图上细微的差别了吧,无非就是TI,NXP,ST和英飞凌那几家,主控方案选择TI或者NXP,隔离驱动芯片选择ST或者英飞凌,双隔离推挽输出。比较常见的方案MCU用NXP的SPC系列,或者TI的TMS系列, 隔离驱动芯片用英飞凌的1ED系列
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| | | | | | | | | | | 目前产品中多见的封装为BGA和SOP,SOP多见于电源和低速信号处理芯片,BGA多见于高速信号处理芯片,BGA典型特征为多路IO和电源,因此需要多层板才可以放得下。比如下图
BGA中的多路数据/时钟均需要进行阻抗匹配,所以在扇出时常常遇到空间不够的情况。我们知道信号线匹配电阻常见的阻值有22R和33R的,这个匹配电阻是为了匹配输出管脚的阻抗(通常为十几到二十几欧),目的是为将信号输出阻抗匹配到50R,以避免反射。
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| | | | | | | | | | | | | 实际情况是,匹配电阻无法与芯片零距离匹配,在不改变其它条件下,扇出距离的长短直接决定了信号的质量。受客观条件影响,PCB工程师能做的工作有限。所以我们需要分析信号走线的实际阻抗,所以不能单纯的使用22R和33R。比如我们分析上图中的匹配电阻,假设信号频率为100MHz,上升沿1ns。调整阻值,可以看到,当阻值增加到68R时,信号过冲最小。实际中为了避免信号负载加重,需要同时考虑信号电流大小。
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