如何解決PDN設(shè)計中的各種問題

介紹

當(dāng)PCB設(shè)計人員聽到“PDN（Power distribution network）”或“配電網(wǎng)絡(luò)”這個術(shù)語時，可能會覺得很復(fù)雜。實際上，PDN的目標(biāo)與介紹PDN性能的大多數(shù)PCB設(shè)計方面一樣簡單。在本文中，我們將介紹PDN設(shè)計的各個方面，以及PCB設(shè)計人員如何應(yīng)用它們。

總體目標(biāo)：為負(fù)載提供足夠的電流和電壓

配電網(wǎng)絡(luò)的基本目標(biāo)非常簡單 - 為每個負(fù)載提供足夠的電流和電壓，以滿足其運行要求。雖然PDN的整體設(shè)計，包括電壓調(diào)節(jié)器，去耦，封裝，部件的安裝等都是具有挑戰(zhàn)性的，需要專門的培訓(xùn)和經(jīng)驗，優(yōu)化PDN性能的PCB并不復(fù)雜，因為PCB設(shè)計人員可以做的很有限。在本文中，我們將重點介紹PCB布局中要考慮的內(nèi)容，以確保你的PCB設(shè)計能夠為所有負(fù)載提供足夠的電流和電壓。

要求1：信號源和負(fù)載之間的有效金屬

確保每個信號源和其相應(yīng)負(fù)載之間有足夠的金屬（通常是銅）是PDN設(shè)計的最關(guān)鍵的地方。一方面，對于標(biāo)定的成本，IPC-2152提供相當(dāng)簡單的指導(dǎo)方法。給定電流和溫度的最大值，規(guī)范告訴您，該設(shè)計的最小寬度應(yīng)為多少。不幸的是，只有使用IPC-2152的設(shè)計師才會過度設(shè)計PCB，而不知道設(shè)計中存在的問題，其中包括：

IPC-2152寬度建議是保守的。

它們代表使用來自最壞情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，用戶通常做出最保守的假設(shè)（例如允許溫度上升最小值）。使用IPC-2152制造的設(shè)計可能需更大的功率。

IPC-2152過孔建議是保守的。

這是特別需要注意的，因為一個電源軌道的通孔可以穿透板子的上下層，因此應(yīng)該優(yōu)化數(shù)字和尺寸。僅使用IPC-2152制造的設(shè)計可能需要更大或更多的電源通孔。

IPC-2152對相關(guān)電源軌的放置沒有任何深入的了解。

電壓調(diào)節(jié)器通常對與其相關(guān)的各種電源形狀，從輸入到輸出包括反饋，具有特定的要求。

設(shè)計人員需要更好的工具來優(yōu)化電源（和接地）導(dǎo)軌的尺寸和形狀，通常稱為“PI-DC”或“IR Drop”。 Altium已將此功能集成到PDN Analyzer的設(shè)計環(huán)境中，使其符合PDN要求。設(shè)計師不必依賴IPC-2152，而是可以分析每條電源軌，看看是否合適，包括IPC-2152未涉及的方面，如：

信號源和負(fù)載之間的距離

信號源和負(fù)載之間允許的電壓降

允許電流通過連接器引腳

從通孔，連接器等補償?shù)孛嬷械拇┛?/p>

PDN分析儀允許設(shè)計人員快速輕松地滿足PDN設(shè)計的最基本要求 - 優(yōu)化電源和負(fù)載之間的金屬設(shè)計。

要求2：電容尺寸，數(shù)值，編號和位置

PCB設(shè)計人員的下一個設(shè)計方案是電容優(yōu)化。首先，這可能是令人恐懼的，因為它涉及頻率依賴特性，這比PI-DC方面更不直觀。幸運的是，復(fù)雜性源自電容效率以及元件數(shù)量，而這些都由PCB設(shè)計師控制，包括：

電容選擇（尺寸，數(shù)量和數(shù)值）

電容放置的位置

層疊

最后兩個方面PCB設(shè)計人員可以最大限度的發(fā)揮作用，并且通過其優(yōu)化要求來確定具體的方法，包括：

在負(fù)載封裝周圍擴展電容