如何生产瞬变电流动态影响直流电源吗
关键的外卖
生产中的瞬变电流创建两个影响权力rails:地面反弹和铁路崩溃。
铁路崩溃和地面反弹是两个相同的瞬态效应,影响对权力的完整性,但他们以不同的方式出现。
通过使用现场解决,设计师可以提取生产寄生阻抗Z-parameters和管理生产瞬变电流。
生产瞬变电流动态是重要的理解在高速pcb信号完整性。
任何一个电路或系统更改状态,有一个瞬态响应的系统稳定到一个新的稳定状态。有时,一个瞬态响应系统是如此快速和平滑可以被忽略。在其他情况下,瞬态响应出现大的波动信号的水平,和一个信号在这种转变将会面目全非。一个原则的目标高速PCB设计防止不必要的瞬态行为影响组件,以及完全消除它。
虽然直流在PCB生产应该只输出直流电源,它还展示一个瞬态响应组件开关状态时,和瞬态响应可以影响所有其他组件的功能连接到生产。设计师应该了解可能的生产瞬变电流动态为了找到方法来保持功率输出稳定在PCB。事实证明,有一些简单的设计选择设计师可以使用,以确保稳定的功率输出。
两种类型的PCB瞬变电流
在今天的多氯联苯与CMOS数字组件,可能有两种类型的瞬变电流行为逻辑时,会出现缓冲开关。基本的CMOS反相器安排使用两个场效应管连接到一个输入,和一个CMOS反相器展品每种类型的瞬态响应,这取决于它从切换到或从上到下。这些瞬态响应如下:
地面反弹:这是最常引用的瞬态电压效应当电流卷入生产。当这种情况发生时,一个电压上升在地面参考面,而积极的铁路生产保持不变。
铁路崩溃:这是更好的被称为生产波纹或权力铁路涟漪,这不是混淆与脉动整流的交流信号的输出。瞬变电流传播在生产时,生产的阻抗电压波动产生积极的铁路。
在这两种情况下,这将导致积极的力量之间的电压测量铁路和负(接地)铁路出现波动。简单地测量电源与地平面之间你的设备(例如,用一个示波器)将显示电压的波动被组件连接到生产。基本的瞬态效应可以测量接地线或电源线如下所示。
生产瞬变电流动态导致地面反弹和铁路崩溃。
这两种效应都依赖于生产瞬变电流动态逻辑电路在一个集成电路开关状态。在一个实际的集成电路,同时有很多逻辑电路交换,产生的复杂组合地面反弹和铁路崩溃。总的来说,两个影响结合产生一个复杂的波形测量电力铁路。区分这两个效应是当前流和寄生的元素在当前的路径。
铁路崩溃动力学
铁路崩溃发生瞬变电流是卷入积极的生产供应铁路。生产可以建模为一个RLC网络,像任何系统电抗,它可以表现出一个类似于阻尼振动的瞬态响应。这发生的总体流程如下:
CMOS逆变器开关和供电下游组件逻辑电路或负载。
在组件切换事件,画了一个电流上升到权力铁路。
当前的飙升是宽带信号与寄生交互发现整个生产。
当前峰值转换为电压上升的生产阻抗阻尼振荡,然后放松。
在步骤4中,每个人都应该看到,生产高阻抗会导致高压电源总线上的波动。这里的解决方案是尽可能地减少生产阻抗。这是通过明智地选择去耦电容和将相邻的权力/地面飞机确保高interplane电容。
地面反弹动力
地面反射发生在CMOS反相器开关和跟踪/参考平面电容放电。就像电流通过的情况下生产的积极的一面,电流通过接地端口集成电路将会看到各种寄生,也提供被动阻抗。产生的电压尖峰地面反弹生成如下:
下部的CMOS反相器开关,和当前存储在跟踪/参考平面电容放电。
这个电流通过集成电路的地平面和IC上的键合线死。从那里流过IC上的销包和通过通过飞机回地面。
电压上升沿生产是一个EMF回来看到由于总电感的电流路径流向地面。
这个电压峰值然后放松回零阻尼振荡。
通过一个CMOS反相器生产瞬变电流路径。
在这里,地面反弹是由电感接地线。当一个集成电路反复开关,多个地面反弹上涨结合产生一个复杂的受迫振动测量电力铁路(见下图)。
测量电力铁路响应(蓝色跟踪)由于驱动信号给一个CMOS反相器和非常快的上升时间。
减少地面反弹,正常的解决方案是减少阻抗被流动的电流与并联电容器之间的积极的和消极的。这个电容是一个旁路电容器;它减少了阻抗的等效LC网络形成的地面引导和跟踪电容在CMOS反相器的偏低。有一些其他的PCB布局的指导方针您可以遵循以减少地面反弹。
使用现场解决电压纹波和瞬变电流动力学模型
一个点需要注意的是在这两种情况下是一个生产是一个多端口网络。电压出现在电力铁路不仅影响直流电源开关组件。相反,它使直流电源被所有组件在生产有一些波动。在模拟中,这阻抗之间的关系在不同的端口使用Z-parameters量化,或阻抗参数。这个参数矩阵定义的电压波动在一个港口生产当前卷入生产的所有端口。
这些可以从网络参数三维电磁场解算器公用事业公司在先进的PCB设计软件包。当你需要快速提取Z-parameters,最好使用相结合的仿真包直接与你的布局工具。你不需要重建你的PCB新模型在不同的仿真工具,很容易看到哪些部分生产高阻抗。