W świecie elektroniki o wysokiej wydajności stabilne dostarczanie mocy jest sercem systemu. Płytki drukowane (PCB) do niezawodnego działania wymagają stałych poziomów napięcia, a płaszczyzny zasilania są głównym mechanizmem zapewniającym równomierną dystrybucję mocy. Poza prostą dostawą, samoloty zasilające oferują znaczące korzyści, w tym redukcję szumów, ekranowanie EMI i rozpraszanie ciepła.

Zastosowanie dobrze zaprojektowanej płaszczyzny zasilania może poprawić ogólną wydajność PCB i zapewnić długoterminową integralność płyty. W tym przewodniku omówiono podstawy techniczne samolotów napędowych, ich krytyczne zastosowania i najlepsze praktyki dotyczące ich wdrażania w nowoczesnych projektach wielowarstwowych.

Płaszczyzna zasilania to wydzielona warstwa przewodząca — zwykle lita blacha miedziana — na wielowarstwowej płytce drukowanej podłączonej do zasilacza. W przeciwieństwie do standardowych ścieżek, które kierują zasilanie do określonych pinów, płaszczyzna zasilania zapewnia ciągły „zbiornik” napięcia na dużym obszarze płytki.

• Masa miedzi: Zwykle zaprojektowana z 1 uncją (35 µm) lub 2 uncji miedzi, w zależności od aktualnych wymagań.
• Umieszczenie warstw: W standardowym układzie 4-warstwowym płaszczyzny zasilania i uziemienia zazwyczaj zajmują warstwy wewnętrzne (warstwa 2 i warstwa 3), aby zapewnić zrównoważoną strukturę i zmniejszyć wypaczenia.
• Łączność: Komponenty łączą się z płaszczyzną zasilania za pomocą przelotek, często wykorzystując reliefy termiczne, aby zapewnić lutowność podczas procesu SMT (technologia montażu powierzchniowego).

Chociaż podstawową rolą płaszczyzny zasilania jest dystrybucja napięcia, jej wpływ na sieć dystrybucji zasilania (PDN) i integralność sygnału (SI) płyty głównej jest wieloaspektowy.

1. Redukcja hałasu i odsprzęganie

   Kiedy płaszczyzna zasilania jest umieszczona w sąsiedztwie płaszczyzny uziemienia, działają one jak duży kondensator o równoległej płytce. Zapewnia to pojemność odsprzęgającą o wysokiej częstotliwości, która pomaga tłumić tętnienia napięcia i szumy o wysokiej częstotliwości, z którymi nie radzą sobie poszczególne ścieżki.

2. Ścieżka o niskiej impedancji

   Szybkie obwody cyfrowe wymagają szybkich impulsów prądu. Ponieważ płaszczyzna mocy ma ogromny przekrój poprzeczny w porównaniu ze ścieżką, oferuje wyjątkowo niską impedancję. Minimalizuje to spadek podczerwieni (spadek napięcia) i zapewnia, że ​​nawet najbardziej energochłonne komponenty otrzymują stabilne napięcie.

3. Zarządzanie ciepłem

   Miedź jest doskonałym przewodnikiem ciepła. Płytki zasilające działają jak wewnętrzne radiatory, rozprowadzając energię cieplną generowaną przez komponenty o dużej mocy (takie jak procesory lub tranzystory MOSFET) po całej powierzchni płyty. Zapobiega to miejscowym powstawaniu gorących punktów i poprawia niezawodność połączeń lutowanych zgodnych z IPC-A-610.

4. Ekranowanie EMI i ścieżki powrotne

   Stała płaszczyzna mocy może służyć jako płaszczyzna odniesienia dla śladów sygnału. W połączeniu z płaszczyzną uziemienia pomaga powstrzymać pola elektromagnetyczne, znacznie redukując zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i poprawiając zgodność płytki z normami regulacyjnymi.

Aby zmaksymalizować korzyści płynące z samolotów napędzanych, projektanci muszą przestrzegać określonych wytycznych DFM (Design for Manufacturing) i wytycznych elektrycznych.

W przypadku projektów o dużej prędkości zawsze umieszczaj płaszczyznę mocy w sąsiedztwie płaszczyzny uziemienia. Tworzy to ścisłe sprzężenie, które zmniejsza indukcyjność pętli PDN. Powszechną najlepszą praktyką jest „Zasada 20H”, zgodnie z którą płaszczyzna mocy jest nieco mniejsza niż płaszczyzna uziemienia, aby zmniejszyć emisję promieniowaną krawędziowo.

W nowoczesnych projektach pojedyncza płytka może wymagać wielu napięć (np. 1,8 V, 3,3 V i 5 V).

• Segmentacja: Możesz „podzielić” pojedynczą warstwę miedzi na wiele wysp napięciowych.
• Przestroga: Nigdy nie prowadź ścieżki sygnału o dużej prędkości przez podział w leżącej poniżej płaszczyźnie odniesienia. Powoduje to nieciągłość w ścieżce zwrotnej, co prowadzi do poważnych odbić sygnału i problemów z zakłóceniami elektromagnetycznymi.

• IPC-2152: Ten nowoczesny standard służy do określania obciążalności prądowej i wzrostu temperatury. Jest dokładniejszy niż starszy IPC-2221, ponieważ uwzględnia warstwy wewnętrzne i zewnętrzne oraz obecność sąsiednich płaszczyzn.
• Poprzez szycie: użyj wielu przelotek dla ścieżek wysokoprądowych, aby zmniejszyć pasożytniczą indukcyjność i rezystancję.

Umieść kondensatory odsprzęgające jak najbliżej styków zasilania układów scalonych. Przejście łączące kondensator z płaszczyzną zasilania powinno być umieszczone tak, aby zminimalizować obszar pętli, zapewniając kondensatorowi skuteczne „filtrowanie” szumów o wysokiej częstotliwości, zanim dostaną się one do komponentu.

Gotowy do optymalizacji kolejnego projektu PCB? W DUXPCB specjalizujemy się w zaawansowanych konstrukcjach wielowarstwowych i wysokiej niezawodności montażu. [Skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów już dziś], aby omówić wymagania dotyczące PDN i upewnić się, że Twoja płyta główna jest zbudowana zgodnie z najwyższymi standardami IPC.