使用生产拓扑模拟电源完整性分析

这些电容器在任何生产基本拓扑仿真

电源完整性是马后炮的PCB设计直到TTL逻辑家庭开始在许多董事会引起信号完整性问题。信号完整性和电源完整性问题密切相关学科;可以影响另一个由于任何PCB紧密相连的本质。一些基本的电源完整性问题就可以避免一些简单的,但重要的设计考虑,可以验证这些设计选择直接从您的示意图。

实际生产拓扑仿真不应该局限于检查电路行为示意图。寄生在你的布局会影响实际生产的行为。生产的目标拓扑仿真验证您的生产设计提供了一种平面目标阻抗在广泛的频率。一些寄生的影响在任何生产可以在原理层面,给你生产一个基线进行进一步的分析。

生产目标阻抗

由于寄生在你的董事会,生产只是纯粹的电阻与直流电压驱动时。真正的生产有一定的阻抗由于寄生。真正的多氯联苯用旁路/去耦电容,确保电源和信号完整性,也会影响生产的阻抗。即使生产运行,真正的直流电源有一些涟漪(或开关噪声的情况切换监管机构),和当前这些噪声源传播到生产取决于生产的阻抗。

数字集成电路开关时,监管机构需要提供一些额外的电流(其最大输出),以便集成电路可以供应下游组件的输出电流。这个开关动作创建一个瞬态振荡,这可以被视为一个电压纹波rails在生产。在生产设计的目标是将生产的阻抗目标值,下面的涟漪是有限的一些特定值(表示为一个百分比的所需的电源电压)。允许的脉动应选用基于下游组件的噪声容限。目标阻抗值可以被定义为:

你的生产目标阻抗

因为生产的阻抗决定的寄生电感和电容,目标阻抗随频率。数字信号实际上是由无数的叠加傅里叶谐波,尽管~ 75%之间的功率密度包含低于膝盖的信号频率(约0.35除以信号上升时间)。

这意味着生产的阻抗应该在尽可能广泛的频率范围内平。在实际情况下,这是非常困难的,但只要PCB阻抗频谱低于你的目标阻抗相关频带内,那么你所看到的电压纹波会低于你的目标价值。真正的生产将有一个复杂的阻抗谱组成的共振(低阻抗)和并联谐振(高阻抗)。一个示例如下所示:

阻抗谱的生产PCB的例子。这个复杂的频谱出现由于在你的印刷电路板寄生电容和电感。

在生产拓扑模拟电源完整性

所以这对信号和电源完整性意味着什么呢?如果你看看上面的方程中,我们可以看到,如果目标阻抗值大,那么你将有一个大的电压纹波。你应该能够自然地看到一个数字信号与膝盖频率对应于一个生产阻抗并联谐振会导致响,即。,一个欠阻尼的瞬态振荡总线上的权力。当一个组件反复开关,如时钟,你现在开电源总线上的受迫振动。如果驱动频率匹配生产阻抗并联谐振,那么你将有一个强大的电压波动出现在公共汽车。

如果大量的ICs同时开关,这将导致电压被所有其他ICs显著改变。这可能会导致意外交换数字集成电路,这显著增加误码率。如果你的电源总线还提供电源模拟集成电路,这种强制振荡将被复制到输出的模拟集成电路。这就是为什么一些设计师将一个大电感或铁氧体在电销DAC / ADC ICs这有助于过滤掉瞬态振荡之前达到销。小心任何组件用于解耦寄生(包括电容器!),使这些组件的行为RLC电路,这应该占在你模拟(见下文)。

你应该在生产拓扑仿真分析

首先,您应该检查IR降在你使用使用生产功率输出网络分析仪。这将告诉你多少电压下降是由于电源平面/ rails直流电阻,和你的地平面。这也可以帮助你识别潜在的热点。你可以直接从您的布局。

第二,你需要设计生产,以防止响,确保相关的阻抗谱是平的频率带宽。一个布线后仿真工具可以帮助,但是在这个设计师的意见,最好是在电路设计一个SPICE-based模拟器。响了上面提到的问题可以通过两种方式解决:

• 增加寄生电容的寄生电感或减少生产。换句话说,改变飞机所需的尺寸你的力量。这将会调整你的生产的阻尼常数和固有频率的瞬态响应接近临界阻尼政权,这将消除瞬态振荡。

• 如果你正在与数字集成电路和你不能非常潮湿的振荡功率总线,然后增加生产的最低电流谐振频率,远远高于膝盖的频率信号。这将扩大地区生产阻抗是平的。

• 增加解耦/旁路电容器生产self-resonance频率足够高。请注意,这有效地增加生产的寄生电容。然而,寄生电容self-resonance由于自己的,可以再次改变共振的条件。

一定要占寄生在生产拓扑仿真如果使用去耦电容和电感。

一旦你包括解耦网络、旁路电容和寄生占对权力的rails示意图,你需要计算自然和共振频率你的生产通过模拟输入电流脉冲或使用一个交流频率扫描。你也必须考虑self-resonance频率电容和电感的生产中使用。高质量的组件模型可能包括这些信息,但你仍应检查是否出现这种情况在你的电路模拟。如果你的生产包括通过,这也是一个好主意通过电路模型包含在您生产任何通过将影响阻抗谱你会观察GHz频率。

任何生产拓扑模拟可以很复杂,但设计生产的过程以确保权力的完整性是很容易的,当你使用正确的PCB设计和分析软件包中。仿真工具OrCAD PSpice软件模拟器和全套的分析工具从节奏让你模拟生产的行为,防止常见的电源完整性问题的先进设备。

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