电源适配器高速PCB布线设计经验简述

网站首页 » 新闻 » 行业动态 » 电源适配器高速PCB布线设计经验简述

电源适配器高速PCB布线设计经验简述

在电源适配器设计中，需要各种长度的布线。电源适配器设计高速系统并不仅仅需要高速元件，更需要优质的设计方案。设备模拟方面的重要性与数字方面是一样的。在电源适配器布线上，信号从线的始端（如信号源）传输到终端（如负载）需要一定的时间。已经证实，电信号在分布良好的导线中的传输速度为3×108m/s。假设布线的长度为5m，信号从始端到终端就需要17ns，也就是说，信号存在17ns的延时。这种延时在低速系统中可以被忽略，但在高速系统中，这个数量级的延时是不能被忽略的。高速门电路（如74TTL系列数字集成电路）的平均延时只有几纳秒，ECL数字集成电路的延时可达1～2ns，CPLD/FPGA的延时则更小。可见，在这些高速电路系统中，PCB的线上延时是不能被忽略的。高速PCB设计还需考虑其他的问题，例如，当信号在导线上高速传输时，如果始端阻抗与终端阻抗不匹配，将会出现电磁波的反射现象，它会使信号失真，产生有害的干扰脉冲，从而影响整个系统运行。因此，在设计高速PCB时，信号延时的问题必须认真考虑，电路分析需要引入EMI/EMC分析，在这种情况下，经典的集成电路理论已不再适用，在电路仿真设计程序中应使用分布电路模型。
目前，一些PCB设计人员总是根据“感觉”来进行PCB的设计，而不是使用适当的方法和规则。在高速系统中，噪声问题是一个最基本的考虑。高频会产生辐射进而产生干扰。边缘极值的速度可以产生振铃，反射以及串扰。如果不加抑制的话，这些噪声会严重损害系统的性能。而高速的模拟和/或数字电路的设计，几乎不可能凭感觉设计出可靠的电路，因为仅凭“感受”进行设计可能导致的结果是：

☺　不可预期的系统行为。
☺　模拟系统传输路径上产生不可接受的噪声。
☺　系统的稳定性和可靠性会因为温度的变化产生很大的差别。
☺　在同一PCB上连接的元器件上产生虚假的位错误。
☺　大量的电源适配器和地噪声。
☺　过冲、下冲及短时信号干扰等。

2．电源适配器高速电路的定义
通常，数字逻辑电路的频率达到或超过50MHz，而且电源适配器工作在这个频率之上的电路占整个系统的1/3以上，就可以称其为高速电路。尽管现在的EDA工具很强大，但随着电源适配器PCB尺寸要求越来越小，器件密度越来越高，PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢？
实际上，电源适配器与信号本身的频率相比，信号边沿的谐波频率更高，信号快速变化的跳变（上升沿或下降沿）引发了信号传输的非预期结果。如果线传播延时大于数字信号驱动端上升时间的1/2，则可认为此类信号是高速信号并产生传输线效应。信号的传递发生在信号状态改变的瞬间，如上升或下降时间。信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间，如果传输时间小于上升或下降时间的1/2，那么在信号改变状态前，来自接收端的反射信号将到达驱动端。否则，反射信号将在信号改变状态后到达驱动端。如果反射信号很强，叠加的波形就有可能会改变逻辑状态。

3．电源适配器高速信号的确定
通常，通过元器件手册可以查出信号上升时间的典型值。而在PCB设计中，实际布线长度决定了信号的传播时间。如果过孔多、元器件引脚多，或者网络上设置的约束多，将导致延时增大。一般情况下，高速逻辑器件的信号上升时间约为0.2ns。
以Tr表示信号上升时间，Tpd表示信号线传播延时，若Tr>4Tpd，信号落在安全区域；若2Tpd<Tr≤4Tpd，信号将落在不确定区域；若Tr≤2Tpd，信号将落在问题区域。当信号落在不确定区域或问题区域时，应该使用高速布线方法进行PCB设计。

4．电源适配器高速PCB设计流程
信号完整性（SignalIntegrity）是指电路系统中信号的质量。如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，就称该信号是完整的。随着电子技术的不断发展，各种信号完整性问题会层出不穷，而且可以预见，今后还会出现更多的问题。所以，了解信号完整性理论，进而指导和验证高速PCB设计是一件刻不容缓的事情。
传统的PCB设计一般经过原理图设计、布局、布线、优化4个主要步骤。由于缺乏高速分析和仿真指导，信号的质量无法得到保证，而且大部分问题必须等到制板测试后才能发现，这就大大降低了设计的效率，增加了成本，显然在激烈的市场竞争下，这种设计方法是很不利的。于是，针对高速PCB设计，业界提出了一种新的设计思路，称为“自上而下”的设计方法，这是一种建立在实时仿真基础上优化的高效设计流程，如图1-3-1所示。

从图1-3-1可以看出，在完成高速PCB设计前，经过多方面的仿真、分析和优化，可以避免绝大部分可能产生的问题。如果依托强大的EDA仿真工具，基本上能实现“设计即正确”的目的。

5．传输线
传输线（TransmissionLine）是指由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线，有时也称为延迟线。PCB上的传播信号的路径一般可以分为两种，如图1-3-2所示。一种是普通意义下的布线，一般认为在任何时段布线上的任意点上的电势都相等；另一种是传输线，传输线要考虑信号传播时的影响，并假定信号在传输时，沿传输线上的每一点都有不同的电势。

6.电源适配器高速PCB设计规则总结及原因分析

1）PCB 时钟频率超过5MHZ 或信号上升时间小于5ns，一般需要使用多层板设计。

原因：采用多层板设计信号回路面积能够得到很好的控制。

2）对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。

原因：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。

3）对于单层板，关键信号线两侧应该包地处理。

原因：关键信号两侧包地，一方面可以减小信号回路面积，另外防止信号线与其他信号线之间的串扰。

7.布线的整理

如果你所使用的EDA工具软件能够列出信号的布线长度，检查这些数据，你可能会发现一些约束条件很少的信号布线的长度很长。这个问题比较容易处理，通过手动编辑可以缩短信号布线长度和减少过孔数量。在整理过程中，你需要判断出哪些布线合理，哪些布线不合理。同手动布线设计一样，自动布线设计也能在检查过程中进行整理和编辑。

电源适配器

笔记本电脑故障维修实例	电源适配器变压器及磁性元件设计
电源适配器原理图	10个电源适配器PCB拼板不外传的秘密
电源适配器内部结构	家电3c认证流程以及需要注意的地方
开关稳压电源适配器基本原理	小米USB-C充电器的测评
激光打印机电源适配器分析	电源适配器一般多少钱、电源适配器价格

文章转载自网络,如有侵权,请联系删除。

| 发布时间：2019.06.29 来源：电源适配器厂家

上一个：电动车充电器的构造及工作原理

下一个：电源适配器的发展史

东莞市玖琪实业有限公司专业生产：电源适配器、充电器、LED驱动电源、车载充电器、开关电源等....

电源适配器

新闻分类

联系我们

电源适配器高速PCB布线设计经验简述

电源适配器高速PCB布线设计经验简述