Samtec技術(shù)前沿 | 深度理解電源完整性

摘要/前言

在Samtec，我們經(jīng)常談?wù)?a target="_blank">信號(hào)完整性（SI）以及我們?yōu)?a href="http://srfitnesspt.com/article/zt/" target="_blank">最新應(yīng)用開(kāi)發(fā)新的高速連接器解決方案的工作。Samtec在112Gbps PAM4信令領(lǐng)域非常活躍，但我們也經(jīng)常談?wù)?24Gbps PAM4。在之前對(duì)Samtec產(chǎn)品管理總監(jiān)Keith Guetig的采訪中，我們請(qǐng)他對(duì)SI進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。他告訴我們，"SI意味著更多的信號(hào)，更少的噪音"。?


我想大家也都有一個(gè)共識(shí)：SI是一個(gè)巨大的話題，把它簡(jiǎn)化為幾個(gè)字就容易忽略高速信號(hào)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。然而，在全面地理解SI的過(guò)程中，這些細(xì)節(jié)對(duì)我們幫助很大。
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同樣，我們?cè)诮?jīng)常談?wù)揝I的同時(shí)，會(huì)較少談及電源完整性（PI），而這同樣對(duì)我們的設(shè)計(jì)而言，至關(guān)重要。
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? ?理解電源完整性? ?

問(wèn)題是，雖然SI的定義很明確，有大量的信息可供工程師使用，但PI的要求和最佳實(shí)踐卻沒(méi)有那么明確。這要由設(shè)計(jì)者來(lái)決定如何管理他們自己的PI需求。


PI的目標(biāo)是在可接受的范圍內(nèi)向系統(tǒng)提供電力。這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵是配電網(wǎng)絡(luò)（PDN），它被定義為從電源一直到用戶的整個(gè)電流路徑。這意味著即使用戶所需的電流波動(dòng)，也能將用戶兩端的電壓波動(dòng)降至最低。?
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這種變化或波紋是由用戶引入的動(dòng)態(tài)電流引起的，通常由開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。這可能會(huì)降低電壓或產(chǎn)生尖峰，這兩種情況都會(huì)影響到達(dá)用戶的電源質(zhì)量。?使用去耦電容可以減少這些變化的影響，而且這些電容越靠近用戶，它們就越有效。
然而，與信號(hào)完整性一樣，傳輸電力的媒介也對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的PI有重大影響。在這場(chǎng)提供清晰電力的戰(zhàn)斗中，連接器是一個(gè)關(guān)鍵組成部分。

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當(dāng)希望提供一個(gè)最大化PI的PDN時(shí)，設(shè)計(jì)者必須同時(shí)考慮元件的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感。在選擇合適的連接器時(shí)，我們經(jīng)常把接觸電阻作為衡量其性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。然而，電感對(duì)我們?cè)S多人來(lái)說(shuō)并不那么熟悉。?一般來(lái)說(shuō)，串聯(lián)電阻將影響直流壓降，而串聯(lián)電感將決定交流瞬時(shí)噪聲。
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我們可以應(yīng)用一個(gè)概括，即更高的總電感需要更多的去耦電容。通過(guò)改變連接器的幾何形狀——電源觸點(diǎn)相互之間的排列，來(lái)降低其電感是可能的。但是，由于人們對(duì)PI的挑戰(zhàn)了解不多，可用于幫助設(shè)計(jì)者的信息較少。
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? ?連接器和電源的完整性??

雖然有一些準(zhǔn)則會(huì)有所幫助，但并沒(méi)有一個(gè)適用于所有應(yīng)用的單一規(guī)則。例如，我們可以問(wèn)，是采用幾個(gè)大觸點(diǎn)的連接器，每個(gè)都能承載更高的電流，還是采用更多的小觸點(diǎn)，使功率更均勻地分布在整個(gè)連接器上。對(duì)于更高的非調(diào)節(jié)輸入電壓，系統(tǒng)可以容忍更大的交流波動(dòng)，單個(gè)較大的葉片型觸點(diǎn)將更適合。較大的觸點(diǎn)將能夠在較高的電壓下承載較大的電流，因此將最大限度地減少直流損耗。然而，一旦電源被調(diào)節(jié)，交流波動(dòng)的問(wèn)題就變得更加重要。在這種情況下，使用較小的觸點(diǎn)，連接器的電感會(huì)更低，使用幾個(gè)并聯(lián)的觸點(diǎn)，以減少通過(guò)每個(gè)觸點(diǎn)傳輸?shù)碾娏?/strong>。


因此，設(shè)計(jì)者在確定其系統(tǒng)的電源要求時(shí)，必須準(zhǔn)備好提出一些重要問(wèn)題。所需的目標(biāo)輸出是什么，在影響功能之前可以允許降到多低，以及可能影響電源完整性的任何噪聲的來(lái)源是什么？

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即將推出的Samtec Accelerate/mP，也被命名為UDx。Accelerate高速連接器和UMPx電源刀片這兩個(gè)成熟的連接器系列的組合，有一個(gè)明顯的升級(jí)：電源連接器中的刀片式接觸片轉(zhuǎn)向與連接器塑體保護(hù)層平行。這使得電路板上的電源布線更容易、更方便，冷卻效果更好，最終使最大允許電流值提高了15-20%。
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隨著對(duì)高速通信的重視，很容易認(rèn)為信號(hào)完整性是唯一必須考慮的方面。然而，可靠和清晰的電源對(duì)快速通信至關(guān)重要。選擇正確的連接器幾何結(jié)構(gòu)，以及正確的連接器，在保持清潔電源方面發(fā)揮著巨大的作用。

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Samtec在信號(hào)和電源完整性（SI/PI）有著多年時(shí)間研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，與賓州州立大學(xué)STEM針對(duì)SI/PI教育項(xiàng)目有著深入的研究合作，對(duì)SI/PI模擬、測(cè)試、分析和設(shè)計(jì)技術(shù)的獨(dú)特見(jiàn)解，可以更好地為客戶與合作伙伴提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品與服務(wù)。Samtec是您值得信賴的選擇！
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