PDN 设计指南：优化 PCB 中的电源完整性
PDN 设计指南：优化 PCB 中的电源完整性
在PCB（印制电路板）设计中，PDN（电源分配网络）的设计至关重要。一个优化的PDN不仅能确保电路板运行更可靠，还能让每个组件都能按预期运行。本文将为您详细介绍PCB中PDN网络的基础知识、工程师在设计PDN网络时面临的挑战以及最佳实践。
什么是PDN设计？
PCB 制造中的 PDN 代表电源分配网络。它是指电路板中调节和分配电源的部分电能各个部件和电路。
印刷电路板是电气设备。它们使用需要电流才能运行的组件。电力输送网络确保各种组件和电路之间的电压适当。
PDN 设计是创建配电网络作为电路板一部分的过程。它涉及确定电路板的各种要求（包括组件），并优化设计以实现电源完整性和效率。
多层 PCB 电源分配网络组件
资源：https://www.
关键 PDN 组件
PDN 包括导电路径（互连）和各种组件，包括引脚连接。这些部件共同作用，确保整个电路板（包括各层）的正确配电。它主要由以下部分组成。
稳压器模块
PDN 从外部电源获取电力。电压调节器模块 VRM 会根据不同组件的类型调整电压以适应不同组件。它可确保一致性和正确性，尤其是在为集成电路（IC）。
接地层和电源层
这些是电路板上的大面积铜。它们在网络中发挥多种功能。电源层有助于将电力输送到各个部件，从而减少电压波动。
另一方面，接地平面是信号的参考面。它们充当电流的低电阻返回路径，可最大限度地减少噪声和干扰，同时有助于电力传输和分配。
去耦电容
去耦电容放置在网络中以存储电能并处理电压波动。它们在电压尖峰时充电，并在电源下降时释放能量。此操作通过稳定瞬变并将瞬变保持在可容忍的范围内来防止电源波动。
过孔和走线
过孔在各层之间分配电能，连接各种元件并传输电力和信号。这一功能使其成为网络的重要组成部分。
走线还可充当传输线，连接元件。其尺寸和排列有助于最大程度地降低阻抗并防止电压下降等。
使用 PDN 设计工具
资源：https://www./watch?YgDXxa_vnEY
PDN 设计流程步骤
PDN 设计是电路板创建过程中必不可少的一部分。它包括创建和增强组件之间电流流动的步骤。以下是其关键阶段。
确定电源要求
设计专家根据电路板的应用和组件分析电路板的电压和电流要求。此步骤将有助于确保网络更有效地分配电能。
建立图层和轨迹
设计师创建并优化堆叠和走线。此部分包括根据其特性确定各层的最佳材料介电常数(Dk) 值。它们还确定了在何处使用接地层和电源层以及在何处放置走线。
选择去耦电容
去耦电容是电源分配网络的关键元件。定义者必须知道电容器的种类用途、价值以及放置位置。它们可以是大容量或小型类型以及其他变体。
测试PDN
设计配电网络时，目标是确保电路板上的每个组件都获得其额定电压和电流。专用程序允许设计人员在 PCB 设计期间测试 PDN 网络，以消除错误并优化布局。
多层电路板 PDN 的创建更具挑战性
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PDN 设计挑战
PCB 设计师在优化 PDN 网络时面临各种挑战。例如，他们需要有效地管理热量、控制噪声并处理电压降。还需要优化层布局。
噪音和干扰
组件之间的电流及其快速切换会引起各种问题，例如电磁干扰（EMI）、地弹和电源纹波。这些都可能导致信号质量问题甚至丢失。
散热要求
电力分配和热量产生密不可分。它们相辅相成，产生了设计人员必须有效解决的热问题。如果没有适当的管理，热量可能会上升到使电路板无法运行的水平，从而导致设备或系统故障。
多层挑战
多层电路板在设计 PDN 时面临更多挑战：需要处理过孔、接地层、电源层和其他部件，这使得设计变得复杂。它们需要做更多工作，否则电压和电流可能会引起串扰等问题。
测试电路板 PDN 网络的阻抗
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PDN 设计指南和最佳实践
高效的电源网络意味着更可靠的电路板。然而，任何 PDN 设计流程的成功都取决于工程师采用的优化策略。以下是最佳实践列表。
- 使用更好的 PDN 设计工具，特别是在创建特殊电路板时，例如电机控制 PCB 或带有附加电压调节组件的类似类型。
- 将去耦电容放置在靠近导线和元件连接处。这种技术有助于减少电感并在抑制噪音的同时改善电力输送。
- 定义去耦电容的值和其他参数。使用不同的电容值来满足信号的宽频率范围
- 使用均匀的接地层和电源层，以避免制造和操作问题，例如翘曲和信号丢失。将更密集的层放置在堆叠的中间。
- 堆叠材料和层排列必须提供足够的电容以确保信号质量
- 确保接地层和电源层铜的重量正确。在电路板裸露区域添加金属灌注。它们将有助于提高散热效果。
总结
谨慎的 PDN 设计方法可以帮助您避免许多电气 PCB 问题。该过程需要更深入地了解最佳实践。如本指南所述，它们包括知道在哪里放置组件以及如何优化堆叠。设计人员还必须了解如何使电力传输线更高效，以及其他要求，例如降低噪声和 EMI