PCB中的直流电压管理:全是关于PDN的

旧iPhone的直流电压管理板

电源完整性是先进器件的一个重要考虑因素，因为它与许多信号完整性问题密切相关。最受关注的一个直流电源完整性问题是暂态振铃，即当数字元件强开关时，电源轨道/电源和接地连接之间出现直流波动。当您将PDN的阻抗降至最低时，这些波动将降至最低。然而，在任何电力系统中，拓扑结构和电阻对配电也很重要。

在PCB中使用直流配电系统，您的目标是确保电源输出的电压被视为下游组件的正确电压。同样，电流输出将是有限的，您的组件将需要一定的输入电流水平，以正常运行。如果你正确布局你的电路板和安排电路块正确，直流电压管理突然变得容易。

直流电压管理:许多电力完整性问题的故事

配电网设计主要是满足以下要求:

• 最小化生产阻抗。一旦PCB中的电源和接地平面被构造，电流被分配到组件，系统将会有一些阻抗。设计低PDN阻抗是所有当元件吸取电流时，防止振铃．

• 电源/接地通道电阻低。PDN中跟随电流的路径必须是低电阻路径。这样做的目的是确保在系统中不以热量的形式耗散电力(也就是说，没有IR降）.

• 目前抽水量在供应范围内。电源和转换器不是完美的组件，电流需要分布在你的电路板，以达到每个组件。你的总电流不能超过你的电源块的最大供电电流。同样，您的电源/转换器需要正确的输入电流，以提供额定输出。

虽然我们已经在这个博客上多次讨论了直流pdn的稳定性，但我们并不经常讨论直流电压管理和配电中的拓扑。通过正确的拓扑结构和电源/转换器组件的选择，您可以确保正确的直流电压/电流水平达到您的组件和您的单板正常运行。

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直流电压和电流管理路由拓扑

的PDN的基本拓扑是一种组件或电路块并联布置的方式。部件从电源轨道接收输入的直流电源，电源轨道为部件提供所需的供电电压。对于使用不同电压(5v、3.3 V、1.2 V或1v)器件的单板，可以使用多个电源平面，或使用分压器来保证某个器件的电压为正确值。通常不需要分压器，因为它们有助于PDN阻抗，它们以热量的形式耗散功率，并将PDN电流中的纹波转换为电压。更好的选择是使用不同的调节器，或一个集成调节器/转换器的多个输出

根据所涉及的元件的具体情况，单个电路块中的多个元件可以以串并联的复杂组合方式连接。大型集成电路通常采用并联方式，直接与各自的电源/接地连接。PDN上的总电流就是流入每个电路块的电流之和基尔霍夫电流定律．

因为每个块是平行排列的，理想情况下它们会看到相同的电压。然而，任何设计者都应该意识到电源/转换器和组件上的电源引脚之间的电压降。每个导体都有一些电阻，当电流移动到下游器件时，这个电阻会引起轻微的IR下降。任何物理上远离电源/转换器输出的设备都将看到更大的电压降。当电源平面/电源轨道的电流密度更大时，PDN的某些部分的电压降将更大。

用于直流电压管理的电路块拓扑

保持电压和电流在规格之内

如果你使用的是低功耗的集成电路，你还需要注意电压下降。电源电压将下降，因为你向下长踪迹高电流密度。如果您已经使用了需要低供电电压的集成电路(例如，大功率fpga)，一个小的电压降就会导致集成电路断断续续地工作，如果它要工作的话。PDN模拟器可以根据您的布局计算PDN的电压降，以确保您的集成电路看到它们所需的电压。在下游IC电压太低的事件中，您将需要调整电源轨道的宽度，调整通孔的大小，修改您的地面/电源平面，和/或重新安排组件。

因为总电流在不同的电路块之间分割，电流输出不应该超过功率调节器/转换器的额定输出。而不是使用一个巨大的功率转换器，旁路电容将为您的组件提供一些额外的充电和电流。这些电容器也将有助于防止在开关期间地反弹。

市场上有高度集成的DC-DC转换器模块，为许多系统提供交钥匙解决方案。这减少了PCB中电源块所需的布局时间和空间。这些组件通常是表面贴装组件，为PDN提供低电感贡献，占地面积小，以及不同电压/电流水平的多个输出。将这些组件集成到单个封装中进一步降低了电源块中的寄生电感，从而提供了更大的EMI保护和更低的PDN输入阻抗。

当您在PCB上设计配电系统时，直流电压管理是很容易的，当您使用正确的PCB布局和设计软件来创建PCB布局。快板PCB设计者和节奏的全部设计工具套件包括布局和模拟功能，您需要确保您的电源保持稳定。

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