理解生产阻抗和功率输出稳定
关键的外卖
所有PCB设计要求生产接近零阻抗,以确保稳定的功率输出和低功率损失。
生产阻抗是受到很多因素的影响,包括各种电路的寄生结构和元素。
生产阻抗可以从两个角度评价:现场解决和电路模拟器。
这家银行的电容器生产阻抗的一个重要组成部分
每一个生产都有阻抗,电阻和电容组件。不同于常见的电路元素,也没有特定的公式,可用于计算生产的阻抗。系统太复杂,不能接受封闭方程。虽然生产阻抗很难计算,不能从大多数PCB设计应用程序生成的,它是非常重要的,以确保低生产在许多数字系统阻抗。
虽然你可能没有意识到这一点,直到你失败了EMC测试或通知外围故障期间操作,简单的设备可以表现出同样的高度专业化的高速数字电路电源完整性问题。问题由于信号在这些系统的上升时间,而不是相关的时钟频率或直流电阻。最好的设计工具可以帮助您理解诸如飞机安排和去耦电容影响生产阻抗你核实你的设计工作。
生产阻抗是什么?
每一个电子系统都有生产,代表“动力输送网络”。基本上每个元素连接到电压和地面铁路,包括电源和地平面布置,任何公共汽车从飞机组组件连接,去耦电容用于功率稳定,和任何其他铜rails特性,或一些连接到主电源的设计。寄生也构成了生产阻抗,如寄生电容和电感在任何电路连接。
特别是,有一些寄生的元素是非常重要的在确定生产的阻抗:
- 平面电容,电容生产平面层之间。
- 电容电感-电容的领导有一些寄生电感,使它们有一个self-resonance。
- 跟踪电感-痕迹,使权力组件还提供一些生产电感。
除了寄生元件,电容在直流生产用于帮助稳定力量,分流高频噪声电流。不幸的是,电容器并不像理论上完美的电容器在教科书上你会发现,他们有上面提到的寄生电感。这些影响问题当我们考虑生产的瞬态响应电流脉冲卷入系统负载电源总线上的组件。
对动力稳定性的影响
兴奋的电流脉冲,生产时产生的瞬态电压响应决定使用傅里叶反变换欧姆定律:
从欧姆定律,我们可以看到,任何瞬态电压响应只是最小化如果我们也可以减少生产在尽可能广泛的阻抗带宽。
由此产生的波形可能非常复杂。为什么我们有一个瞬态响应吗?这是因为生产阻抗是零,一个复杂的共振结构在频域中,如下所示。
生产关系阻抗(左)和电压波动由于电流脉冲
影响所有其他端口
目前卷入一个组件的生产和随后的瞬态电压中断的生产被镜像到其他港口的生产根据基尔霍夫电压定律。特别是,当前,卷入生产被建模为一个电感产生的电压尖峰的生产。结果是瞬态电压在所有其他端口总线上的力量,创造动力稳定性问题在其他领域的PCB。
瞬态电压扰动从切换负载1镜像创建到其他负载
上面的方程生产阻抗定义为广泛生产。实际生产多个端口,如上述所示图。为了确定阻抗的实际生产,我们需要一些方法来连接生产PCB阻抗的物理布局。
计算生产阻抗
尽管这听起来简单计算阻抗的生产,没有单一的方程,可用于计算的阻抗在PCB生产基于几何和材料属性。任何生产的实际结构,甚至简单的情况下,相邻的飞机,太过复杂承认封闭不近似的解决方案。时候,评估设计董事会和验证生产低阻抗,有两种类型的模拟工具:现场解决和电路模拟器。
现场解决者的角色
场解算器不考虑任何寄生circuitual特点的生产。相反,电磁场的场解算器强制边界条件和解决麦克斯韦方程直接。从这些结果,可以计算Z-parameter矩阵的结构生产,这将告诉你所有你需要知道的关于可能的阻抗多口生产:
- 固有阻抗:这也可以称为特性阻抗。这措施权力干扰看到在一个港口生产由于电流消耗到相同的端口。
- 转移阻抗:这个阻抗定义如何目前卷入一个端口创建一个电压扰动在生产中所有的其他港口。
因为实际生产有多个输出电源总线上,正确的生产配方阻抗而言是一个使用Z-parameters阻抗矩阵:
定义生产阻抗的Z-parameter N-port网络矩阵。对角线项是每个港口的固有阻抗网络和非对角的术语转移阻抗
一个三维电磁场解算器应用程序将数据直接从你的PCB布局可以用来解决这个问题并确定生产阻抗矩阵所示。这种类型的模拟是最快的方法来计算阻抗的复杂的生产,可能与多个电力公交车和分支机构,但它是笨拙的,当你需要设计解耦网络的生产。
电路模拟的角色
由于实际生产的复杂特性,电路仿真不能占生产阻抗计算,除非寄生作为等效电路元素。然而,您可以模拟去耦电容的阻抗谱由一系列添加到生产提供稳定的直流电压。用香料模拟引擎植入你的原理图设计工具,您可以运行参数扫描网络上电容器,包括寄生电感电容模型。扫你的目标是通过不同的价值和数量的电容器为了确定电容器的最佳安排,最大限度地减少生产阻抗。
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