PCB設計checklist:電源
要點1:大電流的電源電壓遠端反饋差分走線
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202405/458663.htm電壓檢測分反饋檢測,反饋檢測。一般小電流電源采用近端反饋,如下電路為檢測電路。分壓電阻及反饋線靠近電源輸出(輸出電容)處放置,并單端信號反饋即可。
一般大電流電源采用近端反饋,如下電路為檢測電路。(如果有分壓電阻,分壓電阻靠近控制器放置)這對差分線的主要作用是為了抑制共模干擾,所以對于差分對的線長差沒有要求。
要點2:電源電流采樣差分走線
電源電流采樣為微弱信號,需要差分走線,并且遠離干擾源。
錯誤走線示范:
0.9V主要是給單板上的兩個FPGA提供core電源,電流評估達到17.1A,電流比較大,因此懷疑是否因為過流導致的0.9V電壓跌落,因此測試0.9V電流,測試結果顯示的確是電流過流了(實際測試不到12A),但是沒有達到原理圖中設置的過流點(25A)。
正確的做法:從電感兩端向中間引線,走成差分線,換算電路盡量都靠近控制器放置。
要點3:SW平面(Phase平面)在保證通流的前提下面積盡量小
Phase平面,即:下管的D極與下管的S極連接網(wǎng)絡,在0V與12V不斷跳變,對外輻射極大,電流也大。按照輸出電流計算通流,保證通流,同時在滿足通流的前提下保證面積較小。
錯誤布線圖如下:
干擾其他管腳和網(wǎng)絡,EN最小只有1.14V,導致電源誤關斷。
出線后保證通流能力的同時盡量削減Phase平面面積,并遠離易受干擾信號。如下圖所示。
要點4:電源輸出通流能力需要檢查
重點檢查過孔和線寬:通流與線寬關系有工具可以計算的,過孔的通流能力互連技術有做過實驗,實驗的結果是一個10MIL過孔可通2.7A電流,在設計過程中,考慮到電源的壓降和可靠性等因素,我們通常會按照一個過孔過1-1.5A設計。
同時,需要關注,正負片銅是否有打斷(BGA、過孔密集、以及過孔密集處是否有高速總線)。原本完整的電源平面會被密集過孔打的不滿足通流要求。
要點5:芯片的GND不能與電源濾波電容的GND共地(尤其需要遠離輸入電源的濾波電容)。
發(fā)現(xiàn)芯片的GND管腳上有干擾,隨后確認電源濾波電容的干擾通過共地的GND管腳影響到芯片的差分輸入。
在38.88M時鐘線路收發(fā)器的差分輸入端測試,發(fā)現(xiàn)輸入的差分信號有干擾,后來查看PCB,發(fā)現(xiàn)芯片的GND管腳在bottom面與4個12V電源的濾波電容共地,于是測試芯片的GND管腳,發(fā)現(xiàn)GND管腳上也存在干擾,當撬起芯片的GND管腳接到附近另一個電容的地上時,干擾明顯減小。初步確定電源濾波電容上的噪聲通過共地平面,直接將噪聲從芯片GND管腳串入,從而導致芯片的輸入差分信號受到干擾。由于芯片的GND受到干擾,直接抬高了GND的電平,導致差分輸入受到干擾,單端輸出暫時還沒有發(fā)現(xiàn)異常。PCB走線參見圖
要點6:高速信號,敏感信號遠離輸入電源及輸入GND。
12V的PCIe 11 lane 離12V電源平面過近,耦合到噪聲導致掉為1X或者os下掉盤。
錯誤示范如下:
要點7:大電流的DCDC輸入建議電感隔離
眼圖很差,眼睛完全沒睜開
根因分析:
12V上的開關噪聲耦合到了1V1平面。VID電源的MOS管的開關噪聲影響了前級的輸入12V。而1.1V的參考地為12V,12V上的干擾耦合到了1.1V平面。
解決措施:
采用L型濾波,在VID輸入的12V上串上1uH的電感,并并上一個470u電容。測量1.1V平面上的VID的噪聲被完全濾除。現(xiàn)象也隨之消除。
要點8:輸入電容靠近上MOSFET放置
在開關電源工作過程中,上管打開的時候是下圖中紅色的電流環(huán)路;下管打開的時間內(nèi)是下圖中紫色的電流環(huán)路。但是兩個時段疊加在一起,通過上管和下管的部分是一個大電流跳變的電流環(huán)路,而通過電感的電流跳變幅度并不大(藍色波形)。
所以我們把上管下管和輸入電容這個環(huán)路作為一個干擾環(huán)。
所以我們要把輸入電容靠近上管和下管放置,盡可能減小這個環(huán)的面積。
要點9:GATE,BOOT電容走線盡量短粗
MOS管的柵極驅(qū)動由于開關電壓差較大,瞬間電流很大,所以在布線時要盡量走短而粗的線,減小走線沿路的干擾和走線的電感效應,保證mos管可靠開閉,一般15mil或以上,如果空間不夠的話,互連也會走10mil的大小。
下圖左邊的圖中粉紅色高亮的線為上MOS管的驅(qū)動走線,該走線在內(nèi)層的布線寬度只有4.2mil,而且線長也沒有做到最短。開關電源的MOS管在板上用到的數(shù)量不算多,所以要挨個排查驅(qū)動線的走線,特別是換層后走線寬度是否仍滿足寬度要求。
要點10:二極管、電感、磁珠、RC濾波的電阻前后的走線線寬需要保持一致;
如下圖中,磁珠隔離后,給器件的4個電源管腳供電,走線太細,寬度只有5mil;
如下圖圈中,core電源線滿足要求,但fanout太細;
如下圖圈中,鎖相環(huán)地經(jīng)過磁珠濾波后,走線太長太細,fanout太細;
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