如何解决PDN设计中的各种问题

介绍

当PCB设计人员听到“PDN（Power distribution network）”或“配电网络”这个术语时，可能会觉得很复杂。实际上，PDN的目标与介绍PDN性能的大多数PCB设计方面一样简单。在本文中，我们将介绍PDN设计的各个方面，以及PCB设计人员如何应用它们。

总体目标：为负载提供足够的电流和电压

配电网络的基本目标非常简单 - 为每个负载提供足够的电流和电压，以满足其运行要求。虽然PDN的整体设计，包括电压调节器，去耦，封装，部件的安装等都是具有挑战性的，需要专门的培训和经验，优化PDN性能的PCB并不复杂，因为PCB设计人员可以做的很有限。在本文中，我们将重点介绍PCB布局中要考虑的内容，以确保你的PCB设计能够为所有负载提供足够的电流和电压。

要求1：信号源和负载之间的有效金属

确保每个信号源和其相应负载之间有足够的金属（通常是铜）是PDN设计的最关键的地方。一方面，对于标定的成本，IPC-2152提供相当简单的指导方法。给定电流和温度的最大值，规范告诉您，该设计的最小宽度应为多少。不幸的是，只有使用IPC-2152的设计师才会过度设计PCB，而不知道设计中存在的问题，其中包括：

IPC-2152宽度建议是保守的。

它们代表使用来自最坏情况的数据进行计算，用户通常做出最保守的假设（例如允许温度上升最小值）。使用IPC-2152制造的设计可能需更大的功率。

IPC-2152过孔建议是保守的。

这是特别需要注意的，因为一个电源轨道的通孔可以穿透板子的上下层，因此应该优化数字和尺寸。 仅使用IPC-2152制造的设计可能需要更大或更多的电源通孔。

IPC-2152对相关电源轨的放置没有任何深入的了解。

电压调节器通常对与其相关的各种电源形状，从输入到输出包括反馈，具有特定的要求。

设计人员需要更好的工具来优化电源（和接地）导轨的尺寸和形状，通常称为“PI-DC”或“IR Drop”。 Altium已将此功能集成到PDN Analyzer的设计环境中，使其符合PDN要求。设计师不必依赖IPC-2152，而是可以分析每条电源轨，看看是否合适，包括IPC-2152未涉及的方面，如：

信号源和负载之间的距离

信号源和负载之间允许的电压降

允许电流通过连接器引脚

从通孔，连接器等补偿地面中的穿孔

PDN分析仪允许设计人员快速轻松地满足PDN设计的最基本要求 - 优化电源和负载之间的金属设计。

要求2：电容尺寸，数值，编号和位置

PCB设计人员的下一个设计方案是电容优化。首先，这可能是令人恐惧的，因为它涉及频率依赖特性，这比PI-DC方面更不直观。幸运的是，复杂性源自电容效率以及元件数量，而这些都由PCB设计师控制，包括：

电容选择（尺寸，数量和数值）

电容放置的位置

层叠

最后两个方面PCB设计人员可以最大限度的发挥作用，并且通过其优化要求来确定具体的方法，包括：

在负载封装周围扩展电容

器件尽可能靠近电路板表面

在电源和接地层之间使用最薄的电介质

交替电容器通孔的极性，当它们靠近时

设计人员可以借助免费的工具对电容进行优化，包括Rolf Ostergaard（www.pdntool.com）和Altera。

设计复杂性的注释

还有更复杂的电力输送系统，如电机控制器，其他要求如电感器，反馈回路等，我们不会在这里具体讲解。在这些情况下，访问更复杂的分析工具和指南是必要的。

满足每个信号源和负载要求的全系统的PDN设计是一项非常困难的工作。但是PDN分析仪能够简化这项工作，提高设计的可靠性。