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印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化

發(fā)布時間:2017-02-10 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電源完整性和信號完整性,在電路板設(shè)計中的重要程度不言而喻,本文簡單介紹了電源完整性的仿真,在得到電源的阻抗曲線后,如何設(shè)置去耦電容,降低其在整個工作頻段中的阻抗,從而達(dá)到降低EMI的目的。
 
首先,我們選擇一塊電路板。版圖是公司的,所以這里涂黑了,大概知道是塊板子就行了。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
我們選擇一條5V的USB的走線,電源由右上角饋入,在左下角經(jīng)過了4顆電容后到達(dá)USB接口。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
按照USB的標(biāo)準(zhǔn),目前USB3.0的傳輸速度受硬盤影響,最高不超過1Gbps,因此我們關(guān)注的頻率在100kHz—2GHz,這里將其設(shè)置為仿真頻段,因為這根Net走線并不長,也沒有蛇形的彎曲部分,所以預(yù)測其阻抗變化不是很大,為了給老板省成本,這里直選了3顆電容。首先得到仿真對象的 spice模型。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
D9_1和JUSB1_1分別為饋入和饋出,相應(yīng)的D9_4和JUSB1_5為GND管腳。設(shè)置電源內(nèi)阻為0.1Ω,接下來進(jìn)行電路連接,3顆電容的位置先空著,查看這條Net的電源阻抗特性。
 
待仿真結(jié)束后,得到這段電源走線的阻抗參數(shù)圖,如下:
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
可以看到,由于這根USB走線相對較短,且布線相對比較規(guī)范,其阻抗在2GHz范圍內(nèi)變化并不是很大,最大391Ω。電源信號在該頻段內(nèi)存在幾處明顯的諧振,為了降低EMI,需要加加去耦電容。目標(biāo)希望其在整個頻段的阻抗降低到10Ω以下 。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
接下來,將3顆電容連接起來,分別為C1、C2、C3,初始容值均設(shè)置為1000pf,并串聯(lián)3顆電阻,分別為R1、R2、R3。優(yōu)化目標(biāo):100kHz—2GHz阻抗小于10Ω。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
優(yōu)化后得到的結(jié)果:
 
C1 = 3111.65
 
C2 = 3122.21
 
C3 = 3111.49
 
R1 = 7.14841
 
R2 = 16.6401
 
R3 = 40.4783
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
上圖為1號端口的Z1_1曲線,綠色曲線為優(yōu)化后的結(jié)果,紅色為初始結(jié)果。用了3顆電容感覺還沒達(dá)到預(yù)定目標(biāo),但是從波形的平整度來看,確實要比開始好很多。
 
印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化
 
上圖為2號端口的Z2_2曲線,綠色為優(yōu)化后的結(jié)果,基本上滿足要求了,并且波形的平整度很不錯。
 
總結(jié),layout板圖在初始的設(shè)計過程就應(yīng)該將電源完整性、信號完整性以及EMC問題考慮進(jìn)去,這樣會省去后續(xù)的大量的測試、整改及修改板圖和工藝的時間及成本。
 
 
 
 
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