四、电源供电的源头的设计要求针对供电的源头设计一般主要是针对以下要求做考量1、电压稳定性确保电源源头能提供稳定电压考虑使用线性或开关稳压器。2、电流载流能力电源源头必须能够提供足够的电流以满足最大负载需求。3、去耦电容的摆放在电源源头附近放置去耦电容以滤除高频噪声。4、热设计管理考虑电源源头的散热设计防止过热影响性能。5、输入滤波使用滤波器减少来自电源源头的电磁干扰。电源模块布局要求整体设计可以参考电源模块的布局要求●源头处理电源模块作为电源的起始点布局时应特别注意为了减小噪声引入应确保电源模块的周围环境尽量清洁避免与其他高频或噪声敏感元件相邻。●靠近供电芯片电源模块应尽量靠近供电的芯片放置这样可以减小电流传输过程中的损耗并降低内层平面的面积需求。●散热考虑电源模块在工作时可能会产生热量因此应确保其上方没有遮挡物以便于散热如有必要可以加入散热片或风扇进行散热。● 避免环路走线时应避免形成电流环路以减少电磁干扰的可能性。上图为理想的续流二极管布局。电源模块布线要求整体设计可以参考电源模块的布线要求●宽度与电流电源线的宽度应根据其所需承载的电流大小来确定较大的电流需要更宽的线宽以确保电流能力。●过孔数量在电源线的走线过程中如果需要穿越层面应确保有足够的过孔来承载电流避免过孔过热。●距离与耦合电源线与其他信号线之间的距离应适当避免过于接近导致耦合效应。●地线处理地线作为回流路径应尽量确保地线的连续性避免地线断裂或突然变窄。五、电源供电的路径Ⅰ. 内层平面设计规划-叠层设计针对供电的路径设计一般主要是针对以下要求做考量1、阻抗最小化设计低阻抗的电源路径减少电压降和噪声。2、走线宽度确保走线宽度适合承载预期电流避免过热。3、平面连续性保持电源和地平面的连续性减少阻抗。4、过孔布局合理布局过孔减少其对信号的干扰和增加的电感。5、层间互连使用足够数量的层间互连如过孔和通孔以提高连接的稳定性。6、走线长度尽量缩短电源走线长度减少路径阻抗和电压降。1、叠层设计在PCB的EMC设计中叠层设计是关键环节需考虑布线与电源分割。●为确保电源平面的低阻抗特性及电源噪声的地耦合吸收优先考虑电源和地层紧耦合,电源与地层间距应不大于10mil通常建议小于5mil。● 避免相邻的两个电源层过近特别是电压差异大的以防止噪声互相耦合如不可避免应尽量增加两电源层间的间距。● 若单一电源平面无法实现可在外层铺设电源平面紧相邻的电源和地平面形成一个最小交流阻抗的平面电容具有优异的高频特性。●参考平面特别是电源参考平面应保持低阻抗特性可通过旁路电容和叠层调整来优化。工作频率超过500MHz的芯片应主要依靠平面电容滤波并采用组合电容滤波滤波效果需通过电源完整性仿真确认。● 控制平面去耦电容的安装电感如加宽电容引线、加大电容过孔等确保电源地阻抗低于目标阻抗。Ⅱ. 电源供电的路径内层平面设计规划-多种电源的分割●电源分割带边缘距离阻抗线边缘20mi以上的距离距离过近会影响信号线阻抗;●核对电源换层过孔数量是否符合载流要求;●核对电源路径瓶颈处实际载流大小是否符合要求在PCB设计内层电源处理时有盘孔在PCB敷铜时实际的载流面积太小可能导致铜皮载流不足导致设计电源系统不稳定无盘孔设计可以增加铜皮面积从而提高载流。Ⅲ. 20H原则的应用由于电源层与地层之间的电场是变化的在板的边缘会向外辐射电磁干扰。称为边缘效应。地平面和电源平面之间的边缘效应就是指边缘反射和辐射现象可列入EMI讨论范畴。1、通常采用添加去耦电容的方法抑制电源平面上的高频噪声从而减轻边缘的电磁辐射2、在PCB设计时尽量让信号走线远离敷铜区边缘以免电源平面和地平面受太大的干扰3、20H原则运用●可以将电源层内缩使得电场只在接地层 的范围内传导;●以一个H电源和地之间的介质厚度为单位;● 若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内●内缩100H则可以将 98%的电场限制在内;● 不能满足20H原则时电源层比地层内缩1mm最好在内缩的区域每隔150mil打一个屏蔽地过孔。六、电源的接受端Ⅰ. 供电芯片对于供电芯片进行电源完整性的控制主要是处理好芯片电源管腳的走线和退耦电容的摆放1、芯片的电源管腳一般都要加粗到和芯片管腳一样宽一般不小于8mil尽量做到10miI以上通过增加走线宽度可以降低阻抗从而减少电源噪声并确保足够的电流供应给芯片。2、芯片的电源管脚减短引线长度与地成对出现并尽量靠近以增加电源和地的互相耦合电感从而减小回路总电感3、去耦电容在供电芯片的电源完整性控制中发挥着重要作用根据电容的特性和应用需求去耦电容一般分为大电容和小电容两种。● 大电容大电容通常均匀分布在芯片周围由于其谐振频率较低滤波半径较大它们能够有效地滤除低频噪声并提供稳定的电源供应。● 小电容小电容的谐振频率较高滤波半径较小因尽量靠近芯片管脚放置如果放置过远可能无法有效滤除高频噪声失去去耦的作用。Ⅱ. 去耦电容摆放与布线1、高速PCB布线对电容处理要求降低引线电感减小电容引线/引脚长度同时使用宽的连线推荐10-15mi电容的过孔要尽量靠近焊盘2、电容尽量靠近器件并直接和电源管脚相连电容之间不要共用过孔可以打多个过孔接电源/地3、为了进一步提高电源完整性通常会采用并联多个去耦电容的方式这样可以利用电容的并联来降低单个电容的等效串联电感ESL。在并联多个去耦电容时需要注意电容的打孔方式将电源和地的过孔相互错开打孔这样可以降低去耦电容之间的互感确保互感远小于单个电容的ESL从而实现并联多个去耦电容后整体ESL的阻抗为1/N同时通过降低互感可以有效地提高滤波效果并确保电源稳定性的提升。