Integrita napájení - Power integrity
Integrita napájení nebo PI je analýza, která kontroluje, zda je ze zdroje do cíle dosaženo požadovaného napětí a proudu . Integrita napájení dnes hraje hlavní roli v úspěchu a selhání nových elektronických produktů. Existuje několik spojených aspektů PI: na čipu, v balíčku čipů, na desce s plošnými spoji a v systému. Je třeba vyřešit čtyři hlavní problémy, aby byla zajištěna integrita napájení na úrovni desky s plošnými spoji:
- Udržujte zvlnění napětí na čipových podložkách nižší než specifikace (např. Menší než +/- 50 mV variace kolem 1V)
- Odraz ovládání od země (nazývaný také synchronní spínací šum, současný spínací šum nebo současný spínací výstup (SSN nebo SSO))
- Řiďte elektromagnetické rušení a udržujte elektromagnetickou kompatibilitu : síť pro distribuci energie je obecně největší sadou vodičů na desce s obvody, a proto největší (nežádoucí) anténou pro vyzařování a příjem hluku.
- Udržování správné úrovně stejnosměrného napětí při zatížení při vysokých proudech. Moderní procesor nebo pole programovatelné hradlové pole může vytáhnout 1-100 zesilovačů na úrovních VDD sub-1V s okraji AC a DC v řádu desítek milivoltů. V síti pro distribuci energie tak lze tolerovat velmi malý pokles stejnosměrného napětí.
Síť distribuce energie
Současná cesta od zdroje napájení přes balíček PCB a IC k matrici (spotřebiteli) se nazývá síť distribuce energie. Jeho úlohou je přenášet energii na spotřebitele s malým poklesem stejnosměrného napětí a umožnit malé zvlnění vyvolané dynamickým proudem u spotřebitele (spínací proud). K poklesu stejnosměrného proudu dochází, pokud je v letadle příliš velký odpor nebo energetické stopy vedoucí z modulu VRM (modul regulátoru napětí) ke spotřebiteli. Tomu lze čelit zvýšením napětí na VRM nebo rozšířením „snímacího“ bodu VRM na spotřebitele.
Dynamický proud nastává, když spotřebitel přepne své tranzistory, obvykle spouštěný hodinami. Tento dynamický proud může být podstatně větší než statický proud (vnitřní únik) spotřebiče. Tato rychlá změna spotřeby proudu může strhnout napětí kolejnice dolů nebo způsobit její prudké zvýšení a vytvoření zvlnění napětí. Tato změna proudu se děje mnohem rychleji, než může VRM reagovat. Spínací proud proto musí být zpracován oddělením kondenzátorů .
Zvlnění nebo zvlnění napětí musí být řešeno odlišně v závislosti na frekvenci provozu. Nejvyšší frekvence musí být zpracovány on-die. Tento hluk je oddělen parazitickým spojením na matrici a kapacitním spojením mezi kovovými vrstvami. Frekvence nad 50-100 MHz musí být zpracovány na obalu, to je provedeno na balíkových kondenzátorech. Kmitočty pod 100 MHz jsou na desce plošných spojů zpracovávány rovinnou kapacitou a oddělovacími kondenzátory . Kondenzátory pracují na různých frekvencích v závislosti na jejich typu, kapacitě a fyzické velikosti. Je proto nutné použít více kondenzátorů různých velikostí, aby byla zajištěna nízká impedance PDN v celém frekvenčním rozsahu. Fyzická velikost kondenzátorů ovlivňuje jeho parazitní indukčnost. Parazitická indukčnost vytváří impedanční skoky na určitých frekvencích. (Fyzicky) Menší kondenzátory jsou proto lepší. Umístění kondenzátorů má různou důležitost v závislosti na jejich provozní frekvenci. Kondenzátory s nejmenší hodnotou by měly být co nejblíže spotřebiteli, aby se minimalizovala oblast smyčky střídavého proudu. Větší kondenzátory v rozsahu mikro Farad lze umístit víceméně kdekoli.
Cílová impedance
Cílová impedance je impedance, při které je zvlnění vytvořené dynamickým proudem konkrétního spotřebitele ve stanoveném rozsahu. Cílová impedance je dána následující rovnicí Kromě cílové impedance je důležité vědět, jaké frekvence používá a na jaké frekvenci je spotřebitelský balíček odpovědný (to je uvedeno v datovém listu konkrétního IC spotřebitele).
![{\ displaystyle \ mathbb {Z} _ {Target} = {\ frac {\ Delta V} {\ Delta I}} [\ Omega]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/06f864d956c408e8a9b8256128834c6738237e9b)
Při navrhování PDN se obvykle používá určitá forma simulace, aby se zajistilo, že PDN splňuje cílovou impedanci. To lze provést pomocí simulace SPICE , nástrojů dodavatele čipů, nástrojů dodavatele kondenzátorů nebo nástrojů zabudovaných do softwaru EDA.
Viz také
Reference
Lee W. Ritchey (2003). Hned poprvé - Praktická příručka o vysokorychlostních deskách plošných spojů a návrhu systému . RYCHLOSTNÍ HRANA. ISBN 978-0-9741936-0-1 .