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地弹有什么危害?如何优化?

1年前浏览774


 

01

地弹(Ground Bounce):
 
信号沿着传输线传播,同时会有电流沿着返回路径返回,形成一个电流回路。返回路径是有阻抗的,返回电流经过这一阻抗,会产生压降,这一压降称之为地弹。  
 

02

任何因素增加了返回路径的阻抗,就会增大压降,产生的地弹噪声就越大。  
多条信号线共用返回路径,会造成返回电流在某一时刻的叠加,在返阻抗比较稳定的情况下,会增大压降,形成地弹电压噪声。  
解决共用返回路径产生地弹的情况,可以通过:
 
①增加返回路径通道,将每一个信号路径靠近它的返回路径;②增加各个返回路径宽度,减小其局部自感。  
以上两点是实际产品设计中,解决地弹问题的主要手段。  

 
任何因素增加电流变化速率,进而增大压降,产生的地弹噪声就越大。  
芯片内部封装的金线连接(Wire bond),接插件引脚等,在很小的区域内,这些地方在电源来回切换的时候,即边沿开关时,会产生感性耦合噪声(互感)为主导的同时开关噪声(Simultaneous Switching Noise,SSN),这种噪声会引起芯片内部逻辑错误。  
 
图片来源于网络  
也有资料会谈到开关噪声和地弹的相互关系,比如开关噪声包含地弹。这里不过多解释。
 

 
地弹的根本就是电压变化,而引起电压的因素就是阻抗和电流。当然这只是针对PCB板级的情况,也就是说要在使用耦合电容的情况下。  
在封装及连接器等方向,考虑这种影响参考下图公式:  
 
从公式中,三个方向解决:减小自感,增大互感,减小电流变化速率。  

 
减小局部自感意味着返回路径尽可能短
 
局部自感经验公式:  
 
增大局部互感意味着支路电流与其返回路径尽可能地靠近
 
这里面需要注意的是,缩小两导线的距离来增大互感,这要取决于电流方向。  

03

总结一下,减小地弹管控方向:  
 
当然,再怎么管控与减小地弹,连接器和芯片内部封装,这里面的回路互感是避免不了的,这也是高速产品必须面对的问题。
 
换句话说,地弹是一种特殊的串扰模式,是时刻存在的,我们想的不是如何消灭它,而是如果去管控好它。  
—— The End ——
来源:8号线攻城狮
电源芯片
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首次发布时间:2023-06-17
最近编辑:1年前
8号线攻城狮
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