Strade Secondarie o Autostrade: Gestire la Distribuzione dell’Alimentazione PCB con un Analizzatore PDN

Altium Designer

|  Creato: December 29, 2017  |  Aggiornato: September 25, 2020

Chi non ha sognato ad occhi aperti fuori dal finestrino, affacciato sulle linee delle auto sull’autostrada in un punto morto, domandandosi modi più facili o efficaci per arrivare al lavoro in orario? E anche allora, a volte i percorsi alternativi non sono sempre i più veloci, ci potrebbe essere una strada in costruzione, oppure un evento in atto che ti fa cambiare strada o ancora di più.  A quel punto, molti tendono a gettare via tutte le speranze di arrivare al lavoro puntuali (o, se vivi a Londra, puoi iniziare a guidare sulla corsia d’emergenza). 

Ora, immagina ogni strada e ogni intersezione o intoppo nel tuo flusso di traffico come parti del network di alimentazione per il tuo PCB. Il tuo lavoro diventa navigare attraverso il PCB ed analizzare come ottimizzare la tua efficienza ad alta potenza con la minima perdita di energia. Come il tuo obiettivo è disegnare PCB che diventino sempre più piccoli, i percorsi per la tua rete di distribuzione dell’alimentazione (PDN) diventa più stretta. Ciò apre un’ intera sfilza di scenari di progetto: come conduco questo semi rimorchio attraverso una strada a senso unico fra delle palazzine? Sei lati della mia auto graffiano il muro di protezione e fanno scintille, ci potrebbe essere qualcosa che prende fuoco? 

I progettisti PCB devono confrontarsi su calore e rumore che comportano minacce per i componenti sensibili, colpendo strutture adiacenti e la funzionalità dell’intero sistema. Proprio come da bambino hai visto i tuoi genitori parcheggiare parallelamente in un posto eccessivamente stretto, tu, puoi distribuire energia tollerabile con la minima perdita a condizione che mantieni delle tecniche di design solide in mente. 

Unire il Traffico e Gestione Calore nella Distribuzione dell’Energia

Specialmente in California, una delle più grandi cause per ritardi sull’autostrada sono le persone che non seguono un protocollo di fusione ed altre regole. Bene, nel Design PCB tutte le regole della tua strada sono le IC, microprocessori, moduli di memoria, DSP (processori di segnale digitale) e FPGA (matrici di porte programmabili dall’utilizzatore). Se oltrepassi la tolleranza (dei voltaggi di alimentazione allora non puoi attenderti che siano soddisfatte le specifiche della tua basetta. Alcune basi sono un buon punto di partenza: 

1. Tieni le tracce corte e ampie per distribuire la densità del calore. 

2. Riduci l’impedenza tenendo i circuiti bypass più piccoli possibili in area e lunghezza con le tracce di rapporto lunghezza/larghezza 3:1.  

3. Ottimizzare lo spazio fra i componenti ti darà le ultime densità di corrente e di calore. 

4. Evita angoli acuti per tenere il calore essenzialmente “uniforme” attraverso la basetta. 

Perdita minima e efficienza in maniera ottimale di alta energia procedono di pari passo con la gestione del calore. Ogni traccia di rame che porta alte correnti ed ogni componente elettrico che conduce una corrente sono fonti di calore a causa della resistenza elettrica. Anche componenti passivi come resistenze, condensatori creano un riscaldamento resistivo e reattivo, rispettivamente. Quando aggiungi a quello meno spazio sulla basetta, stiamo guardando a più hot spot e perforazioni in rame, che portano ad un maggiore aumento nelle densità di corrente e riscaldamento. I design per ridurre l’l2R sono sempre stati importanti, ma per dispositivi a basso voltaggio, sono critici.

^{_{Distribuzione del calore è una delle considerazioni più critiche del design per la tua struttura PCB.}}

Vuoti d’Aria e Cervi Non Sono La Sola Interferenza. 

Con l’obiettivo di distribuire l’energia con efficienza ottimale, un altro tipo di “perdita” che necessita di essere controllata è la perdita di segnale nella forma di rumore e diafonia e, queste sono conosciute come interferenze elettromagnetiche o EMI. La sfida è, virtualmente ogni IC è generatore di rumore e ogni traccia di alta corrente emette radiazioni elettromagnetiche che possono essere scelte, essenzialmente agendo come antenne. Inoltre, se i segnali vengono cambiati su on/off a 300 MHz o più veloce, azionano impulsi magnetici che sono raccolti dai circuiti vicini, creando diafonia. Qui alcuni consigli per diminuire EMI e diafonia: 

• Tieni RF (radiofrequenza) spenta dalla distribuzione di energia tracce con anellini di ferrite e condensatori di bypass. 

• Per i pin I/O in modalità input, lega input non utilizzati all’impedenza più bassa; se possibile poneteli a massa con un collegamento diretto. 

• Mantieni le tracce non-rumorose lontano dai componenti rumorosi come connessioni, oscillatori, e ripetitori. 

• Raggruppa le tracce rumorose insieme, circondate da tracce di terra. E non le eseguire sul bordo esterno della basetta. 

• Per ridurre la propagazione del rumore, controlla la forma e l’impedenza del percorso di ritorno. Tieni in mente, tensione del rumore e corrente associata che seguiranno il percorso del ritorno di ’impedenza più bassa al punto generato. 

• Non eseguire conduttori adiacenti in parallelo. 

• Mantieni lo spazio fra gli accoppiamenti di segnale per lo spessore della traccia. 

Gestendo perdita di distribuzione energia e perdita di segnale può sembrare discretamente tanto di cui tenere traccia. Specialmente se stai progettando con requisiti di produzione altamente specifici, può essere facile utilizzare la tua esperienza e competenza per sostituire un controllo regola o ignorare una fonte di potenziale interferenza. Con un software di design PCB potente, comunque, molto del lavoro del doppio controllo e di ritornare indietro viene messo all’interno dell’automatizzazione del tuo software di struttura.

_{Non ci sono sempre segnali d’avviso per dirti quando il tuo PCB ha interferenza di segnale.}

Non è Una Scorciatoia, ma un’ Analizzatore PDN Ti Porterà Dove Devi Andare 

 Basso voltaggio, dispositivi elettronici ad alta corrente esortano ognuno a progettare PCB per ridurre perdite di distribuzione come lo spazio della basetta diminuisce e le densità del componente aumentano. I PDN e i progressi negli IC tengono il passo con le domande crescenti; ancora, per tutta la teoria e qualità superiore dei componenti sul PCB, la sostanza resta: puoi progettare un PCB statisticamente robusto con velocità e efficienza dei costi? La risposta è un altisonante sì-con muscolatura liscia di analizzatore dell’erogazione della potenza del network.

Essere capace di modellare i PDN, propagazione del rumore, pre e post struttura, ed analizzare i campi EMI fornisce una scappatoia. Per essere capace di valutare modelli termici come si guarda alle densità di corrente, dove scende giù sul piano 1 V e dove le densità di corrente aumentano-il prodotto finale è ottimizzato nella distribuzione dell’energia sul PCB e facilmente corre in produzione. Trovare e risolvere i tuoi problemi PDN con l’intelligente software di design Altium Designer ed la sua analisi visuale dell’energia direttamente nel tuo ambiente di progetto senza interruzione di lavoro, strumenti speciali costosi o conoscenze particolari.   

Garantisciti la capacità di analizzare, modificare, e rianalizzare il tuo lavoro. Se hai più domande riguardo le l’ottimizzazione del tuo PDN e la riduzione delle perdita di energia, Provide yourself with the ability to analyze, modify, and re-analyze your work. If you have more questions about optimizing your PDN and minimizing distribution losses, contatta un esperto Altium ora.