PDN元件对阻抗的影响

电力输送网络(PDN)包括所有的迹线、电源/地平面、稳压模块(vrm)、电容器和互连线，这些互连线将电子系统的电源与电路上的组件连接起来。

现代PCB设计者面临着一个有趣的挑战。客户要求具有低阻抗电源网络的高速PCB组件。但高信号组件往往会消耗大量的电能，并产生大量的噪声。

它需要巧妙的设计来保留性能，同时最小化EMI/EMC。分析和理解两者之间的关系变得越来越重要PDN组件和PDN阻抗．在这篇文章中，我们将探讨这种关系以及如何使用它来设计更好的pcb。

阻抗是什么?

你可能已经很熟悉电阻(R)，它是对产生热量的电流的阻力。在直流(直流电)电路中，电阻是著名等式的一部分:

V =红外

阻抗将您在直流电路中所熟悉的电阻扩展到交流(AC)电路。为了找到阻抗Z，你需要电抗X，它是电流交流时对电流的阻抗的测量。

Z = R2 + X2

当涉及到通过电感的电流变化的反对时，电抗可以是电感性的，当涉及到通过电容的电压变化的反对时，电容性的。因此，阻抗可以定义为测量电路中所有形式的“阻抗”，包括电阻和电抗，以欧姆为单位。

和直流电一样，交流电也可以对开，但仍然能产生热量。当你有高阻抗和高电流密度时，你会得到高热量，这会损坏你的电子设备。保持PDN阻抗低也很重要，以减少快速开关ic产生的噪声，这可能导致抖动和EMI问题。

让我们深入研究PDN的不同组件是如何受阻抗影响的。

电压调整器模块

电压调整模块(vrm)确保处理器和其他组件在所需的水平上收到稳定的电压供应。它们通常用于降低电源电压，以达到CPU所需的较低电压。vrm还可以根据应用程序提高(升压)电压。

在设计PDN时，PDN阻抗曲线的平坦度是至关重要的。在选择VRM时，最好将其放置在尽可能接近负载的位置，并青睐输出电感较低的应用程序。

去耦电容

电容器被动地在电场中储存能量。你在电路中看到的许多电容器都是用来抑制PDN中的高频噪声的。去耦电容器防止电压波动干扰电压供应和传播成噪声。你可以把它们想象成小枕头，吸收一个电路产生的多余噪音，防止它影响另一个电路——换句话说，使两个电路脱钩。它们是在PDN中减少噪声的最佳工具。去耦电容的选择对PDN阻抗影响很大。

痕迹

如果多氯联苯就像城市，那么痕迹就像道路和高速公路，将电流输送到需要的地方。就像城市一样，人口密集的板子往往是拥堵的热点。

由于大多数痕迹是由铜制成的，铜以其高导电性而闻名，很容易陷入认为你的阻抗是可以忽略不计的陷阱。然而，阻抗值仍然是非零，并且在快速开关IC中，特别重要的是要考虑你的迹线是否足够宽来处理电流密度。

通过

通孔允许多层板层之间的连接。它们也是已知的阻抗和其他信号异常的来源。在确定板的布局时，通孔的自然高阻抗必须考虑到电流密度的计算。

组件

组成PCB电路的组件通常可以建模为沿PDN的阻抗集块。高速信号集成电路通常需要vrm在低电感下提供稳定的电压供应。

动力飞机

一般来说，你的地面和动力平面越大，你吸收噪音的表面积就越大，你处理瓶颈或电流密度的可能性就越小。然而，向更小的板的推动，使阻抗分析更加重要。更小的板意味着更小的飞机有时被迫形成不同寻常的形状。去耦电容可以添加到平面的输入，以降低功率平面间的阻抗。

PDN阻抗需要一个整体的方法。

在PCB系统中设计pdn的一般方法是从建立目标阻抗要求开始的。您可以使用vrm来管理电感抗和去耦电容来管理电容抗，同时遵循迹路、通孔、平面和组件布局的最佳实践。总体目标是在整个PDN中实现尽可能平坦的阻抗曲线。

正如您所看到的，围绕设计pdn的数学计算很快就会变得复杂起来。我们几乎没有接触到PCB设计中更广泛的EMI/EMC和热问题。这就是为什么你要用生产设计软件使大部分涉及维持电路电源完整性的计算自动化。