PCB設(shè)計中電源處理與平面分割
發(fā)布時間:2024-02-21作者:admin點擊:445
小電源優(yōu)先在信號層鋪銅,其次通過滿足載流的走線連接;
小電源(PCB設(shè)計中的電流比較小的電源)在設(shè)計中通常需要考慮信號完整性和電源分布的問題。在布局時,優(yōu)先在信號層(通常是內(nèi)層)鋪銅,以提供地平面或電源平面的連接,以及信號的傳輸路徑。這樣可以有效地減少信號的串擾和傳輸延遲,提高信號質(zhì)量。
然而,有時在信號層鋪銅可能受到空間限制或其他設(shè)計要求的影響,因此需要通過走線連接來滿足小電源的分布需求。這種情況下,需要注意以下幾點:
走線規(guī)劃:確保電源走線的路徑短、寬度足夠大,以降低電阻和電壓降,并減少電磁干擾。避免走線穿越高速信號線或者敏感的模擬部分,以免干擾它們的正常工作。
地區(qū)域設(shè)計:在布局中,留出適當?shù)牡貐^(qū)域來放置電源分配網(wǎng)絡(luò)元件(例如電容、電感等),以確保電源的穩(wěn)定性和噪聲抑制。
層間連接:如果在信號層無法滿足電源分布的需求,可以考慮通過層間連接來實現(xiàn)。這可能包括通過通過孔(vias)連接到其他層上的地平面或電源平面,以提供更好的電源分布。
分區(qū)設(shè)計:將電源分布和信號區(qū)域劃分成不同的區(qū)域,并在布局中盡量將它們分開,以減少互相干擾的可能性。這樣可以更好地管理信號完整性和電源噪聲。
綜合考慮:在布局設(shè)計過程中,需要綜合考慮信號完整性、電源分布、EMI(電磁干擾)等因素,并根據(jù)具體的應(yīng)用需求進行權(quán)衡和優(yōu)化。
b) 12V、5V 電源如果是開關(guān)電源的輸入電源,優(yōu)先在信號層處理掉(表層、內(nèi)層信號層),如果一定要在平面層分割,不要用作重要信號線的參考平面;這樣可以有效減小此類“高”壓對信號的影響;
開關(guān)電源的輸入電容紋波過大的話,會導(dǎo)致一些危害。
12V上的開關(guān)紋波耦合到了1V1平面。
本板的處理器為X86處理器。X86處理的core電壓為符合規(guī)范的VID電源。VID電源的電流比較大,由12V電源經(jīng)過DCDC而產(chǎn)生。而這個VID電源的MOS管的開關(guān)噪聲影響了前級的輸入12V。所有的DCDC輸入都是這個12V的電源網(wǎng)絡(luò),所以這個開關(guān)電源反復(fù)開關(guān)產(chǎn)生的很大的對外的干擾。而1.1V的相鄰的電源平面為12V,12V上的干擾耦合到了1.1V平面。
c) 如果分割出的電源平面用作信號的參考平面,電源平面優(yōu)先作為用電模塊的信號參考平面;如果有多個電源,優(yōu)先參考電壓低的電源;例如 DDR3,使用的是 1.5V 電 源,則 1.5V 電源平面可以用作 DDR3 模塊的信號參考平面,但不要參考其他電源;(通常 DDR3 數(shù)據(jù)參考地平面,地址控制信號參考其電源平面)
d) 電源平面和地平面緊相鄰,如果電源平面相鄰的是信號層,盡量在信號層多補一些 GND 銅,并打 GND 過孔;
在PCB設(shè)計中,電源平面和地平面緊密相鄰的布局是為了提供更好的電源分配和地引線。當電源平面相鄰的是信號層時,為了減少電源平面和信號層之間的串擾和噪聲,會采取以下措施:
增加地銅:在信號層盡量增加地銅,這可以通過在信號層鋪設(shè)地銅來實現(xiàn)。增加地銅有助于減少信號層與電源平面之間的電磁耦合,并提供更好的電磁屏蔽效果。
GND過孔:在信號層與電源平面之間打上GND過孔。這些過孔將信號層的地引線直接連接到地平面,有效地減少了地回流路徑的電阻,降低了信號線的地電位波動,減少了地回流路徑上的電流循環(huán)。
通過這些措施,可以最大程度地降低信號層與電源平面之間的串擾和噪聲,提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。這種布局設(shè)計有助于保證電路的性能,并減少潛在的干擾和問題。
e) 分割線寬度要合理;分割線寬度和兩個電源的電壓差有關(guān),一般推薦:模數(shù)之間分割寬度:25mil;數(shù)字之間分割寬度 15mil,局部可以更小一些;分割線寬度也可以根據(jù)板上空間情況靈活調(diào)整,原則上越大越好;
f) 機殼地分割隔離寬度優(yōu)先 2mm,局部根據(jù)情況調(diào)整,一般要求不小于 1mm;其他 信號遠離機殼地,包括信號線、過孔、鋪銅等;
g) 如果電源/地平面有分割,注意相鄰信號層信號線不要跨分割,盡量避免分割開的參考平面上有高速信號的跨越。
h) 分割的電源過孔避開隔離帶,隔離帶避銅,會導(dǎo)致此類電源過孔沒有連接;
i) 模擬區(qū)域的電源,為了減小電源對信號的影響,一般不推薦大面積鋪電源網(wǎng)絡(luò)銅, 一般是在信號層處理掉,電源鋪銅或者走線滿足載流即可,其他區(qū)域盡量多鋪地銅 和打地過孔;
j) 高壓電源和低壓電源要分區(qū),間距越大越好;避免高壓干擾低壓電源和信號;
k) 常見的爬電避讓間距:
i. 電壓<24V 時,表層蓋阻焊、間距≥0.13mm;表層不蓋阻焊、間距≥0.64mm
ii. 24V≤電壓<48V 時、初級側(cè)間距≥0.5mm,次級側(cè)間距≥0.2mm;
iii. 48V≤電壓<100V 時,間距≥1mm
iv. 100V≤電壓<200V 時,間距≥1.5mm
v. 200V≤電壓<400V 時,間距≥2.5mm
vi. 400V≤電壓<600V 時,間距≥3.2mm
vii. 電壓≥600V 時,間距≥5mm
l)確認電源、地能承載足夠的電流。過孔數(shù)量是否滿足承載要求
(估算方法:外層銅厚1oz時1A/mm線寬,內(nèi)層0.5A/mm線寬)
m)為降低平面的邊緣輻射效應(yīng),在電源層與地層間要盡量滿足20H原則。
(條件允許的話,電源層的縮進得越多越好)。
“20H原則”是指要確保電源平面邊緣比地平面(0V參考面)邊緣至少縮進相當于兩個平面之間間距的20倍,其中H就是指電源平面與地平面之間的距離,如下圖。
為什么需要20H原則?
在高速PCB中,通常電源平面和地平面間相互耦合RF能量成為邊緣磁通泄露情況,而且RF能量(RF電流)會沿著PCB邊緣輻射出去,為了減少這種耦合效應(yīng),所有的電源平面物理尺寸都要比最近鄰的地平面尺寸小20H。
n)如果存在地分割,檢查避免分割的地是否不構(gòu)成環(huán)路?
o)相鄰層不同的電源平面是否避免了交疊放置?
p)保護地、GND的隔離是否大于4mm?
q)靠近帶連接器面板處是否布10~20mm的保護地,并用雙排交錯孔將各層相連?
r)電源走線有效寬度檢查: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),需重點關(guān)注0.8mmBGA。