西电PCB设计指南第4章学习笔记
四、电源路径分析
-
电源路径的基本原理
-
回路路径与感抗
感抗与路径有关，信号线看似很短很直，但是引入了较大的环路感抗。多路信号线的环路之间的互感，造成相互干扰
所以，我们不能但按照最短路来布线（导线越长电阻越大），要考虑产生的感抗大小。
-
降低回路阻抗的方法（重要）
-
减小面积：减小环流面积，能有效降低感抗分量
-
就近配置：为每一个前向信号配置就近的回流路径，不仅能够减小环路感抗，还能有效降低环路之间的互感
-
信地交替：排线的交替接地布置，信号-地线 顺序交替排列
-
指导性原则： 不要怕信号线长、不要怕曲折，但一定要为之提供一条环路面积小（低环路阻抗）的回流路径
-
一点接地：“一点接地效果好”，只在一个位置走线接地
-
地线网络：
-
低阻抗平面： 在布线区域保留一个完整的导电平面（低阻抗平面），在其上方任意走线，电流都能自动得找到最小环路回流路径（在信号线正下方）
回流路径位于信号线正下方，大幅降低了相邻导线之间的互感
或者我可以理解为：先连完其他的信号线，然后覆铜之后打缝合孔，再将GND管脚与缝合孔相连？看图应该是这个意思（
-
柔性PCB排线
底面是完整地平面，顶面全是信号线
-
多层板的电源层（高经费消耗）
多层板每个信号层下方都衬有有完整低阻抗平面，
这样信号层任意曲折走线都能保证回路面积很小（即使采用自动布线）
-
-
低阻抗平面的割裂问题
-
短线+过孔搭桥
-
利用另一面的铺铜进行搭桥
-
-
回流路径跨层的处理
-
出现的问题：
多层板的信号切换层时，回流路径也随之跨越低阻抗平面，当内层平面分属不同网络时，回流路径被切断
-
处理方法：
在信号换层过孔附近增加一枚高频电容，用于回流路径的跨层通路
-
-
-
公共路径和公共阻抗
-
公共阻抗
-
概念：
大电流通过某些电路之间的公共路径时，其阻抗引起的压降会叠加在环路中，引起相互干扰
-
消除：
-
混合电路中，将敏感部分和干扰强烈的地线分开，消除了公共路径
-
不要用“模拟地”“数字地”的名称（定势误解为模 拟电路和数字电路的地线，实际并不一定）
-
如何判断：
- 敏感地： 地电位轻微偏移也不可容忍
- 非敏感地： 容许地电位较大范围偏移
- 干净地： 电流小、频率低（或直流），接地点电位几乎不变化
- 骚扰地： 有高频/大电流，会引起接地点 附近地电位变化
-
接地点的处理：
-
干净的非敏感地：
接到哪里都行:happy:
-
干净的敏感地：
将这些敏感地尽可能近地连在一起，通过铺铜等手段尽可能降低各接地点之间的阻抗，尽量避免其他电流流经敏感 地所在区域
-
骚扰的非敏感地：
避免骚扰地和敏感地有任何的公共路径，将这些接地点单独连在一起，最后一并连到电源入口处。
-
骚扰的敏感地 ：😠
- 若只有一个骚扰敏感点：将此处点作为整个系统的接地点
- 若有多个骚扰敏感点：隔离和差分几乎是唯一手段⭐
-
-
小结：
（1）公共阻抗+大电流流过=相互干扰源
（2）地线分为：敏感、非敏感、骚扰、干净四类组合
（3）保证敏感地点尽可能接近零电位，是最主要目标
（4）避免骚扰地的回流电流经过过敏感地部分，是主要手段
（5）跨接地线割缝的信号线，要避免割缝对回流路径影响
（6）慎重使用磁珠连接
-
-
-
-
电源路径与退耦问题
-
数字芯片的工作电流
数字电路的电流波形都是大电流脉冲尖峰，即使是低功耗芯片；
每一次逻辑翻转，都会伴随电流尖峰产生，测到的是其平均值；
脉冲尖峰电流波形中，包含大量的高频分量！（与工作频率无关）
-
模拟器件的工作电流
模拟器件的工作电流与其信号频率有关，且对于单边电源来说呈脉动状态
功率变换/开关电路，呈现周期性的脉动电流（可能还伴随强烈的高频干扰）
-
电源的环路阻抗与纹波
尖峰（高频）脉冲电流，流经环路感抗时造成电源瞬间跌落，引起电源纹波
对于高频尖峰，电源路径的阻抗以环路感抗为主，加粗导线无用
-
退耦
-
对于尖峰（高频）脉冲电流，退藕环路面积小、感抗小
-
电源至退藕电容只剩低频分量，对感抗不敏感，简单加粗导线即可
-
-
退耦缓解电源线公共阻抗
退耦电容就近放置：
并非距离近，而是电容到芯片电源脚环路面积尽可能小。
干线只剩低频/直流分量，对环路面积不敏感，简单加粗降低电阻即可。
-
退耦电容的容量要求：
工作电流脉冲持续时间越长、功耗越大、电压越高，所需的电容值越大
-
退耦电容频率特性要求：
大小电容并联来保证低频和高频下都有足够低阻抗
-
电容摆放位置的要求：
退耦路径的环路面积尽可能小，比电容和芯片实际空间距离更重要
多个电容并联时，小容量的电容应更靠近芯片电源引脚
-
电源退耦的要求：
-
陶瓷电容偏压效应：
II-III类陶瓷介电系数随着场强增加而急剧下降，电容量也随之下降。在退耦、隔直应用时，必须在设计时考虑余量，容忍直流偏压效应引起的损失。
-
退耦半径：
-
概念：
在有完整电源平面的情况下，一个电容可以为附近的IC提供退耦 。一枚电容能够提供优良退耦效果的区域半径，称为退耦半径
-
计算：
-
-
消除寄生电感
- 就近接电源层，尽可能较少引出线带来的额外环路面积
- 不要多个电容共用过孔，会引入公共路径感抗
-
-
)
