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功率电感:高速印制电路板中电源完整性的优化设计(上)

2016/4/11 9:03:03

  1 通过谐振分析优化印制板布局

  谐振模式计算分析的是由PCB中电源和地的结构而可能引发的风险,包括叠层、板材以及地电分割等,目的是使印制电路板在所关注的频率范围内不发生谐振。

  观察PCB的谐振模式下的电压分布,尽量避免将大电流IC放置在谐振位置或其附近位置。图像信息处理板上电源和地的谐振图,如图1所示。

  从图中可知,印制电路板右上角谐振较大,因此在印制电路板布局时大电流IC器件尽量避免放置在印制板的右上角。

  2 降低电源阻抗优化电路设计

  系统电源部分的好坏直接影响到系统的稳定性,甚至可能使得系统逻辑错误。一个低阻抗的电源分布系统是比较理想的,至少在整个系统的工作频段内呈低阻抗,从而具有较小的压降。以图像处理板上的FPGA为例,供电电源为3.3 V,电压噪声限为5%,大瞬间电流为0.15 A,则设计的大电源阻抗如式(1)所示

  对FPGA的3.3 V电源做电源阻抗仿真,图2所示为FPGA的3.3 V电源阻抗。

  从图中可看到,在357 MHz、765 MHz处谐振频点阻抗较高,需要选择合适的去耦电容,以改善电源阻抗特性。这里选取电容值为200 pF封装为0603的电容作为FPGA的去耦电容,因为它的特征曲线与电源阻抗曲线峰值频点一致,这样可将电源阻抗的峰值降低。

  200 pF的去耦电容布局选择在357 MHz谐振电压波动大的位置处,因在此处谐振比较明显,同样在728 MHz处谐振频点电源阻抗也较高,因此再加上两个62 pF电容后,电源阻抗如图3实线所示,虚线为初没有加电容的电源阻抗。

  从图3中可看到,电源阻抗有了较大改善,满足低于大电源阻抗的要求。

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