在PCB设计中,除了要求信号完整性分析研究外,如何提供稳定可靠的电源已成为重点研究方向之一。

什么是 PCB 电源

 

什么是 PCB 电源

 

随着电子技术的飞速发展,电子产品正朝着轻便化、小型化、多功能化、高可靠性及高集成化方向发展,而器件的封装也正朝着细间距、多引脚、表面贴装的方向发展。PCB 作为各种元器件的支撑及电气特性的互连也相应地朝着小型化、高密度和高速的方向不断攀升,随之而来的挑战就是其设计的复杂程度不断增加,其中电源处于至关重要的地位,没有好的电源设计,PCB 的信号传输和稳定性将受到大大影响。

 

PCB 电源工作原理

开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM 开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏 - 安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/ 功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。与线性电源相比,PWM 开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压 / 脉冲宽度转换单元。

 

开关电源有两种主要的工作方式:正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小,但是工作过程相差很大,在特定的应用场合下各有优点。

 

PCB 电源作用

 

PCB 电源作用

 

随着高集成度芯片技术与高速电路的飞快发展,导致电路中的信号完整性问题日益突出,这些问题给系统硬件设计带来了更大的挑战。与此同时,电子系统也向低电压、大电流、高速度、高集成度、高功耗的趋势发展,因此电源完整性的分析设计对新产品的成败也起着至关重要的作用。于同步开关噪声所产生的噪声电流,电源完整性问题如今已成为制约整个高速数字系统性能的一个关键因素。

 

元器件封装和电路板上的电源/地平面作为电源分配系统不可或缺的一部分,为这些噪声电流提供了耦合路径。因此一个经过良好设计的电源分配系统对于保证整个系统的性能和稳定性是及其重要的。为了保证能设计出一个良好的电源分配系统,对电源分配系统的精确快速分析以及对平面上噪声的优化都是非常重要的。而在电源分配系统上加入去耦电容是提高电源分配系统性能、保证系统电源完整性的一个主要、切实可行的方法。