PDN元件对阻抗的影响

PDN (power delivery network)包括所有的走线、电源/地平面、电压调整模块(VRMs)、电容器和连接电子系统电源到电路上各部件的互连。

现代PCB设计师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。但高信号元件往往会消耗大量功率并产生大量噪声。

它需要巧妙的设计来保持性能，同时最大限度地减少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，以及如何利用它来设计更好的pcb。

什么是阻抗?

你们可能已经很熟悉电阻R了，它与产生热量的电流相对。在直流电路中，电阻是这个著名方程的一部分:

V =红外

阻抗是你在直流电路中熟悉的电阻，并将该定义扩展到交流电路中。要找到阻抗Z，你需要电抗X，它是测量电流交替时对电流的反对。

Z = R2 + X2

当电抗与通过电感的电流变化相对时，它可以是感性的;当电抗与通过电容器的电压变化相对时，它可以是电容性的。因此，阻抗可以定义为对电路中所有形式的“对立”的测量，包括电阻和电抗，以欧姆为单位测量。

和直流电一样，交流电也可以相反，但仍能产生热量。当你有高阻抗和高电流密度时，你会得到高热量，这可能会损坏你的电子设备。保持低PDN阻抗也很重要，以尽量减少快速开关ic产生的噪声，这可能导致抖动和EMI问题。

让我们深入了解PDN的不同组件如何受到阻抗的影响。

稳压器模块

电压调节器模块(VRMs)确保处理器和其他组件在所需水平上获得稳定的电压供应。它们通常用于将电源电压降至CPU所需的低得多的电压。vrm还可以根据应用升压(升压)电压。

在设计PDN时，PDN阻抗曲线的平坦度至关重要。在选择VRM时，最佳做法是将其放置在尽可能靠近负载的位置，并优先考虑输出电感较低的应用。

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。去耦电容防止电压波纹干扰电压供应并传播成噪声。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——换句话说，将两个电路解耦。它们是降低PDN噪声的最佳工具。去耦电容的选择对PDN阻抗影响很大。

痕迹

如果多氯联苯像城市，那么线路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，人口更密集的地方往往是交通拥堵的热点。

由于大多数走线都是由铜制成的，以其高导电性而闻名，因此很容易陷入认为阻抗可以忽略不计的陷阱。然而，阻抗值仍然是非零的，在快速开关IC中，考虑走线是否足够宽以处理电流密度尤为重要。

通过

过孔允许多层板中各层之间的连接。它们也是已知的阻抗和其他信号异常的来源。在确定电路板布局时，必须将通孔自然较高的阻抗考虑到电流密度计算中。

组件

组成PCB电路的元件通常可以建模为沿PDN的阻抗块。高速信号集成电路通常要求vrm在低电感下提供稳定的电压供应。

动力飞机

一般来说，你的接地面和电源面越大，你吸收噪音的表面积就越大，你就越不可能遇到瓶颈或电流密度。然而，推动更小的板，使阻抗分析更重要。更小的板意味着更小的飞机有时被迫形成不寻常的形状。去耦电容器可以添加到平面的输入，以减少跨功率平面的阻抗。

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来管理电感电抗，并使用去耦电容器来管理电容电抗，同时遵循布线、过孔、平面和组件布局的最佳实践。总体目标是在整个PDN上实现尽可能平坦的阻抗曲线。

正如您所看到的，设计pdn的数学计算很快就会变得复杂。我们几乎没有触及PCB设计中更广泛的EMI/EMC和热考虑。这就是为什么你要用PDN设计软件使维持电路电源完整性所涉及的大部分计算自动化。