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PCB設(shè)計(jì)checklist：電源

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2024-05-10 01:00:07 614

要點(diǎn)1：大電流的電源電壓遠(yuǎn)端反饋差分走線

電壓檢測分反饋檢測，反饋檢測。一般小電流電源采用近端反饋，如下電路為檢測電路。分壓電阻及反饋線靠近電源輸出（輸出電容）處放置，并單端信號反饋即可。

一般大電流電源采用近端反饋，如下電路為檢測電路。（如果有分壓電阻，分壓電阻靠近控制器放置）這對差分線的主要作用是為了抑制共模干擾，所以對于差分對的線長差沒有要求。

要點(diǎn)2：電源電流采樣差分走線

電源電流采樣為微弱信號，需要差分走線，并且遠(yuǎn)離干擾源。

錯誤走線示范：

0.9V主要是給單板上的兩個FPGA提供core電源，電流評估達(dá)到17.1A，電流比較大，因此懷疑是否因?yàn)檫^流導(dǎo)致的0.9V電壓跌落，因此測試0.9V電流，測試結(jié)果顯示的確是電流過流了(實(shí)際測試不到12A)，但是沒有達(dá)到原理圖中設(shè)置的過流點(diǎn)（25A）。

正確的做法：從電感兩端向中間引線，走成差分線，換算電路盡量都靠近控制器放置。

要點(diǎn)3：SW平面（Phase平面）在保證通流的前提下面積盡量小

Phase平面，即：下管的D極與下管的S極連接網(wǎng)絡(luò)，在0V與12V不斷跳變，對外輻射極大，電流也大。按照輸出電流計(jì)算通流，保證通流，同時在滿足通流的前提下保證面積較小。

錯誤布線圖如下：

干擾其他管腳和網(wǎng)絡(luò)，EN最小只有1.14V，導(dǎo)致電源誤關(guān)斷。

出線后保證通流能力的同時盡量削減Phase平面面積，并遠(yuǎn)離易受干擾信號。如下圖所示。

要點(diǎn)4：電源輸出通流能力需要檢查

重點(diǎn)檢查過孔和線寬：通流與線寬關(guān)系有工具可以計(jì)算的，過孔的通流能力互連技術(shù)有做過實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是一個10MIL過孔可通2.7A電流，在設(shè)計(jì)過程中，考慮到電源的壓降和可靠性等因素，我們通常會按照一個過孔過1-1.5A設(shè)計(jì)。

同時，需要關(guān)注，正負(fù)片銅是否有打斷（BGA、過孔密集、以及過孔密集處是否有高速總線）。原本完整的電源平面會被密集過孔打的不滿足通流要求。

要點(diǎn)5：芯片的GND不能與電源濾波電容的GND共地（尤其需要遠(yuǎn)離輸入電源的濾波電容）。

發(fā)現(xiàn)芯片的GND管腳上有干擾，隨后確認(rèn)電源濾波電容的干擾通過共地的GND管腳影響到芯片的差分輸入。

在38.88M時鐘線路收發(fā)器的差分輸入端測試，發(fā)現(xiàn)輸入的差分信號有干擾，后來查看PCB，發(fā)現(xiàn)芯片的GND管腳在bottom面與4個12V電源的濾波電容共地，于是測試芯片的GND管腳，發(fā)現(xiàn)GND管腳上也存在干擾，當(dāng)撬起芯片的GND管腳接到附近另一個電容的地上時，干擾明顯減小。初步確定電源濾波電容上的噪聲通過共地平面，直接將噪聲從芯片GND管腳串入，從而導(dǎo)致芯片的輸入差分信號受到干擾。由于芯片的GND受到干擾，直接抬高了GND的電平，導(dǎo)致差分輸入受到干擾，單端輸出暫時還沒有發(fā)現(xiàn)異常。PCB走線參見圖

要點(diǎn)6：高速信號，敏感信號遠(yuǎn)離輸入電源及輸入GND。

12V的PCIe 11 lane 離12V電源平面過近，耦合到噪聲導(dǎo)致掉為1X或者os下掉盤。

錯誤示范如下：

要點(diǎn)7：大電流的DCDC輸入建議電感隔離

眼圖很差,眼睛完全沒睜開

根因分析：

12V上的開關(guān)噪聲耦合到了1V1平面。VID電源的MOS管的開關(guān)噪聲影響了前級的輸入12V。而1.1V的參考地為12V，12V上的干擾耦合到了1.1V平面。

解決措施：

采用L型濾波，在VID輸入的12V上串上1uH的電感，并并上一個470u電容。測量1.1V平面上的VID的噪聲被完全濾除?，F(xiàn)象也隨之消除。

要點(diǎn)8：輸入電容靠近上MOSFET放置

在開關(guān)電源工作過程中，上管打開的時候是下圖中紅色的電流環(huán)路；下管打開的時間內(nèi)是下圖中紫色的電流環(huán)路。但是兩個時段疊加在一起，通過上管和下管的部分是一個大電流跳變的電流環(huán)路，而通過電感的電流跳變幅度并不大(藍(lán)色波形)。

所以我們把上管下管和輸入電容這個環(huán)路作為一個干擾環(huán)。

所以我們要把輸入電容靠近上管和下管放置，盡可能減小這個環(huán)的面積。

要點(diǎn)9：GATE,BOOT電容走線盡量短粗

MOS管的柵極驅(qū)動由于開關(guān)電壓差較大，瞬間電流很大，所以在布線時要盡量走短而粗的線，減小走線沿路的干擾和走線的電感效應(yīng)，保證mos管可靠開閉，一般15mil或以上，如果空間不夠的話，互連也會走10mil的大小。

下圖左邊的圖中粉紅色高亮的線為上MOS管的驅(qū)動走線，該走線在內(nèi)層的布線寬度只有4.2mil，而且線長也沒有做到最短。開關(guān)電源的MOS管在板上用到的數(shù)量不算多，所以要挨個排查驅(qū)動線的走線，特別是換層后走線寬度是否仍滿足寬度要求。

要點(diǎn)10：二極管、電感、磁珠、RC濾波的電阻前后的走線線寬需要保持一致；

如下圖中，磁珠隔離后，給器件的4個電源管腳供電，走線太細(xì)，寬度只有5mil；

如下圖圈中，core電源線滿足要求，但fanout太細(xì)；

如下圖圈中，鎖相環(huán)地經(jīng)過磁珠濾波后，走線太長太細(xì)，fanout太細(xì)；

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