تصميم سلامة الطاقة
تشير سلامة الطاقة إلى جودة موجة الطاقة وتتعلق بشبكة توزيع الطاقة (PDN). وتهدف إلى التخلص من / تقليل تأثير الضوضاء على الطاقة من خلال النظر في شبكة توزيع الطاقة الشاملة للنظام. يتم تحقيق هدف تصميم سلامة الطاقة من خلال التحكم في ضوضاء الطاقة في النطاق التشغيلي وتوفير جهد نظيف ومستقر للشريحة والحفاظ عليها ضمن نطاق سعة صغيرة (عادة أقل من 5٪) والاستجابة الفورية لتغيرات التيار الحمل وتوفير مسار عودة منخفض المقاومة للإشارات الأخرى.
المصادر الرئيسية لضوضاء الطاقة:
- ضوضاء الإخراج من وحدة التزويد بالطاقة (VRM) ، بما في ذلك LDO / DC-DC
- المقاومة المستمرة واللوائح الكهرومغناطيسية للأسلاك
- ضوضاء التبديل المتزامنة (SSN)
- ضوضاء الرنين بين الطاقة والأرض
- ضوضاء التزاوج القريبة من شبكة الطاقة
- ضوضاء التزاوج مع مكونات أخرى
عند قيام العديد من أقطاب الشريحة بتبديل الحالة المنطقية ، يتدفق تيار عابر كبير عبر الدائرة ، مما يسبب تذبذبًا في الأرض ويجعل الأرض للشريحة غير متوافقة مع الأرض النظامية ، ويسمى الارتداد الأرضي ؛ يسبب الشريحة اختلافًا في الجهد بين الطاقة والأرض ، ويسمى الارتداد الكهربائي. عند تصميم طبقات الدوائر المطبوعة ، يجب زيادة المسافة العمودية بين طبقات الطاقة قدر الإمكان وتقليل المسافة العمودية بين طبقات الطاقة والأرض.
استراتيجيات تصميم سلامة الطاقة
- التركيز على قدرة تدفق الثقوب والأسلاك وطبقة الطاقة. عند توزيع العديد من مصادر الطاقة على طبقة واحدة ، يجب تقسيم طبقة الطاقة بطريقة بسيطة ومنطقية ، ويجب أن يكون حجم المناطق المقسمة متوافقًا مع متطلبات تدفق الحمل.
- يجب أن تظهر طبقة الطاقة وطبقة الأرض المتجاورة معًا قدر الإمكان وأن تكون قريبة من بعضها البعض.
- التركيز على تصميم الكوندنساتورات التوصيلية ، حيث يوجد متطلبات لبعد معين للتوصيل ، ويفضل استخدام طريقة متعددة الثقوب للوصلات الكوندنساتورية.
- التركيز على تأثير ضوضاء التبديل المتزامنة (SSN ، الارتداد الأرضي والارتداد الكهربائي) ، ويمكن زيادة الكوندنساتورات التوصيلية. وبشرط تلبية متطلبات أداء النظام العام ، يجب استخدام إشارات القيادة الناعمة قدر الإمكان (تباطؤ صعود وهبوط المشغل).
مشروعات اختبار سلامة الطاقة
قيمة الجهد (الدقة)
- أداة الاختبار: متر عام
- طريقة الاختبار: اختبار الجهد عند الحمل الخالي / الحمل الكامل بشكل منفصل
- نقاط الاختبار: أطراف شريحة الطاقة ، أطراف الطاقة للشريحة المستخدمة
- المعايير المقبولة: عادة ما تكون القيمة ضمن نطاق الجهد المعلن ± 5٪ (وفقًا لمتطلبات الجهد للشريحة)
ضوضاء الطاقة / التموج
- التعريف
- التموج: عنصر يتزامن مع تردد الإدخال وتردد التبديل ويظهر بين أطراف الإخراج ، ويتم تمثيله بقيمة فعالة ، وعادة ما يكون أقل من 0.5٪ من الجهد الناتج.
- الضوضاء: عنصر عالي التردد يظهر بين أطراف الإخراج بعيدًا عن التموج ، ويتم تمثيله بقيمة الذروة إلى الذروة (peak to peak) ، وعادة ما يكون أقل من 1٪ من الجهد الناتج.
- ضوضاء التموج: تجمع بين الاثنين ، وتمثل بقيمة الذروة إلى الذروة (peak to peak) ، ويجب أن تكون أقل من 2٪ من الجهد الناتج.
- أداة الاختبار: محيط الاهتزاز
- طريقة الاختبار
- اختبار التموج: استخدام طريقة القياس المتصلة بالأرض (القياس المتصل) ، وضبط عرض النطاق الترددي للمحيط (النطاق الترددي) على 20 ميجاهرتز ، وجهد التوازن المباشر (الانحراف) على قيمة الجهد المقاسة أعلاه.
- ضوضاء التموج: ضبط عرض النطاق الترددي للمحيط على النطاق الترددي الكامل (Full)
- نقاط الاختبار: طرفي المكثفات الخارجية
-
المعايير المقبولة:
- عادة ما يكون التموج أقل من 1٪ من الجهد الناتج (عند اختبار النطاق الترددي 20 ميجاهرتز ، يمكن اعتبار النتيجة تموجًا بحتًا)
- عادة ما يكون ضوضاء التموج أقل من 2٪ من الجهد الناتج (عند اختب
- اختبار الأجهزة: المحلل الطيفي
- طريقة الاختبار: استخدام اختبار متعدد القنوات، ومراقبة الفروق الزمنية عند التشغيل
- نقاط الاختبار: دائرة واحدة قبل بدء التشغيل التدريجي، ودائرة أخرى بعد بدء التشغيل التدريجي
- معايير القبول:
- زمن التأخير (\(T_{delay}\)): يتطلب عادة نطاقًا من 20 إلى 200 مللي ثانية
- زمن الارتفاع (\(T_{rise}\)، الوقت الذي يستغرقه الجهد الناتج للارتفاع من 10% إلى 90%): يجب أن يكون أصغر قدر ممكن، ولكن يجب أيضًا أن يتوافق مع معايير القبول للتيار الصدمة
- عدم وجود ظاهرة الاهتزاز المتكرر
- نصائح هامة: يجب اختبار حالات تشغيل النظام وإيقافه، وتوصيل وفصل اللوحة الفردية، وتوصيل وفصل لوحة الطاقة
تيار الطاقة وتيار الصدمة
- اختبار الأجهزة: المحلل الطيفي
- طريقة الاختبار:
- تيار الطاقة: استخدام مشبك التيار لمراقبة موجة تيار التشغيل وموجة تيار التشغيل بعد التشغيل
- تيار الصدمة: نفس الطريقة. يفضل اختبار تيار الصدمة أثناء تشغيل الجهاز في درجة حرارة منخفضة (حيث يكون تيار الصدمة الأعلى)؛ ويفضل اختبار تيار الصدمة أثناء تشغيل اللوحة الفردية بأقصى حمولة
- نقاط الاختبار: تثبيت مشبك التيار على دائرة التيار المراد اختبارها
- معايير القبول:
- قيمة استقرار تيار الطاقة لا يجب أن تتجاوز 90٪ من أقصى تيار إخراج مقدر
- قيمة تيار الصدمة لا يجب أن تتجاوز 5 أضعاف التيار الإخراج المقدر (يجب الانتباه إلى أي قيمة تزيد عن 3 أضعاف)
- يجب أن يكون التيار في أي حالة أكبر من أدنى حمل للطاقة، ويجب أن يتوافق مع متطلبات أقصى حمل سعة التحميل
- نصائح هامة:
- يجب اختبار حالات تشغيل النظام وإيقافه، وتوصيل وفصل اللوحة الفردية، وتوصيل وفصل لوحة الطاقة
- يجب إزالة المكونات اللولبية مثل الملف الحثي عند اختبار تيار الصدمة، لأن المكونات اللولبية تعمل على تقليل تيار الصدمة بشكل طبيعي
إشارة التنبيه من مصدر الطاقة
- طريقة الاختبار: إنشاء حالة تنبيه في النظام واختبار مستوى إشارة التنبيه
- نقاط الاختبار: نهاية استقبال إشارة التنبيه
- معايير القبول: الاستشارة الموجودة في كتيب مواصفات رقاقة مصدر الطاقة
معلمات توزيع الطاقة الاحتياطية
- طريقة الاختبار: باستخدام طريقة اختبار تيار الطاقة المخرج، قم بقياس قيمة تيار كل مسار للطاقة الاحتياطية وقارن بين قيم تيار الإخراج لكل مسار
- نقاط الاختبار: مسارات إخراج تيار الطاقة الاحتياطية
- معايير القبول: يجب أن تكون قيم تيار الإخراج للنظام الأساسي والطاقة الاحتياطية (توزيع الطاقة) مختلفة بنسبة أقل من 10٪
المراجع والشكر
- نظرة عامة على سلامة الطاقة (PI)
- "مواصفات اختبار جودة إشارة الأجهزة الأساسية"
تمت ترجمة هذه المشاركة باستخدام ChatGPT، يرجى تزويدنا بتعليقاتكم إذا كانت هناك أي حذف أو إهمال.