Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Целостность питания или PI - это анализ для проверки соответствия требуемого напряжения и тока от источника к месту назначения. Сегодня целостность питания играет важную роль в успехе и неудаче новых электронных продуктов. Существует несколько связанных аспектов PI: на кристалле, в корпусе микросхемы, на печатной плате и в системе. Для обеспечения целостности питания на уровне печатной платы необходимо решить четыре основных проблемы: [1] : 615

  1. Сохраняйте пульсации напряжения на контактных площадках микросхемы ниже, чем указано в спецификации (например, отклонение менее +/- 50 мВ около 1 В)
  2. Управляйте скачком заземления (также называемым синхронным коммутационным шумом, одновременным коммутационным шумом или одновременным коммутационным выходом (SSN или SSO))
  3. Управляйте электромагнитными помехами и поддерживайте электромагнитную совместимость : сеть распределения электроэнергии обычно представляет собой самый большой набор проводников на печатной плате и, следовательно, самую большую (нежелательную) антенну для излучения и приема шума.
  4. Поддержание надлежащего уровня постоянного напряжения на нагрузке при высоких токах. Современный процессор или программируемая вентильная матрица могут потреблять 1-100 А при уровнях VDD менее 1 В с запасами по переменному и постоянному току в десятки милливольт. [2] [3] Таким образом, в распределительной сети можно допустить очень небольшое падение напряжения постоянного тока.

Сеть распределения электроэнергии [ править ]

Сеть распределения электроэнергии

Путь тока от источника питания через печатную плату и корпус ИС к кристаллу (потребителю) называется сетью распределения питания. [4] Его роль заключается в передаче мощности потребителям с небольшим падением постоянного напряжения и в обеспечении небольших пульсаций, вызванных динамическим током на потребителе (ток переключения). Падение постоянного тока происходит, если слишком большое сопротивление в плоскости или силовых цепях, ведущих от VRM (модуль регулятора напряжения) к потребителю. Этому можно противодействовать, подняв напряжение на VRM или расширив «сенсорную» точку VRM до потребителя.

Динамический ток возникает, когда потребитель переключает свои транзисторы, обычно запускается часами. Этот динамический ток может быть значительно больше статического тока (внутренней утечки) потребителя. Это быстрое изменение потребления тока может снизить напряжение на шине или вызвать его скачок, создавая пульсации напряжения. Это изменение тока происходит намного быстрее, чем VRM может отреагировать. Поэтому коммутируемый ток должен обрабатываться разделительными конденсаторами .

Шум или пульсации напряжения необходимо обрабатывать по-разному в зависимости от частоты работы. Самые высокие частоты должны обрабатываться на кристалле. Этот шум отделяется паразитной связью на кристалле и емкостной связью между металлическими слоями. Частоты выше 50-100 МГц должны обрабатываться на корпусе [ необходима цитата ] , это делается на корпусных конденсаторах. Частоты ниже 100 МГц обрабатываются на печатной плате плоской емкостью и разделительными конденсаторами . Конденсаторы работают на разных частотах в зависимости от их типа, емкости и физического размера. Поэтому необходимо использовать несколько конденсаторов разного размера, чтобы обеспечить низкий импеданс PDN во всем частотном диапазоне. [5] Физический размер конденсатора влияет на его паразитную индуктивность. Паразитная индуктивность создает всплески импеданса на определенных частотах. (Физически) Поэтому конденсаторы меньшего размера лучше. Размещение конденсаторов имеет различное значение в зависимости от частоты его работы. Конденсаторы наименьшего номинала должны располагаться как можно ближе к потребителю, чтобы минимизировать площадь контура переменного тока. Конденсаторы большего размера в диапазоне микрофарад можно разместить более или менее где угодно. [6]

Целевое сопротивление [ править ]

Целевой импеданс - это импеданс, при котором пульсации, создаваемые динамическим током конкретного потребителя, находятся в пределах указанного диапазона. Целевой импеданс определяется следующим уравнением [7] [8] В дополнение к целевому импедансу важно знать, какие частоты он применяется, и на какой частоте отвечает потребительский комплект (это указано в таблице данных конкретная потребительская ИС).

Обычно при проектировании PDN используется какая-либо форма моделирования, чтобы гарантировать, что PDN соответствует целевому импедансу. Это можно сделать с помощью моделирования SPICE , инструментов поставщика микросхем [9], инструментов для установки конденсаторов [10] или инструментов, встроенных в программное обеспечение EDA. [11] [12] [13] [14]

ПДН с частотами срабатывания
Конденсаторы на корпусе

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Богатин, Эрик (13 июля 2009). Целостность сигнала и питания - упрощенная . Pearson Education. ISBN 978-0-13-703503-8.
  2. ^ «Моделирование целостности питания ПЛИС с использованием моделей S-параметров» (PDF) . Xilinx . Проверено 18 марта 2018 .
  3. ^ "Таблица данных ПЛИС Virtex-7 T и XT: характеристики переключения постоянного и переменного тока" (PDF) . Xilinx . Проверено 18 марта 2018 .
  4. ^ «Основы целостности сигналов и питания» (PDF) . Кристиан Шустер . Проверено 18 марта 2018 .
  5. ^ «Эффективная мощность / развязка плоскости заземления для печатной платы» (PDF) . IBM . Проверено 18 марта 2018 .
  6. ^ «Введение в целостность питания» (PDF) . PICOTEST, Keysight . Проверено 18 марта 2018 .
  7. ^ «Введение в целостность питания» (PDF) . PICOTEST, Keysight . Проверено 18 марта 2018 .
  8. ^ «Проектирование целостности власти: состояние, проблемы и возможности». IEEE. DOI : 10.1109 / MEMC.2013.6623297 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ^ «Сеть распределения электроэнергии» . Альтера . Проверено 18 марта 2018 .
  10. ^ "K-SIM" . КЕМЕТ . Проверено 18 марта 2018 .
  11. ^ "АНАЛИЗАТОР CST PDN" . Altium . Проверено 18 марта 2018 .
  12. ^ «HyperLynx Power Integrity» . Наставник . Проверено 18 марта 2018 .
  13. ^ "Allegro Sigrity PI Base" . Каденция . Проверено 18 марта 2018 .
  14. ^ "W2359EP PIPro Power Integrity EM Analysis Element" . Keysight . Проверено 18 марта 2018 .

Ли В. Ричи (2003). Правильно с первого раза - Практическое руководство по проектированию высокоскоростных печатных плат и систем . СКОРОСТЬ. ISBN 978-0-9741936-0-1.