复杂电路系统电源及PDS设计
大功率充电电源电路设计
大功率充电电源电路设计在大功率充电电源电路设计中，最常用的拓扑结构包括开关电源、变频电源和直流电源。
下面将以开关电源为例进行详细介绍。
1.开关电源设计：开关电源利用开关管进行电能的转换，通过PWM控制器控制开关管的开关时间，实现直流电的输出。
在大功率充电电源设计中，开关电源能够提供较高的转换效率和较低的能耗。
（1）开关电源的基本原理：开关电源由输入端、输出端和控制电路组成。
输入端接入市电交流电源，通过整流电路将交流电转为直流电，进入开关电源主电路。
主电路包括输入滤波电路、变压器、开关管等元件。
控制电路由PWM控制器和反馈电路组成，用于控制开关电源的输出电压和电流稳定。
（2）开关电源的电路保护：在大功率充电电源电路设计中，电路保护至关重要。
常见的保护措施包括过压保护、过流保护、过热保护等。
过压保护可通过电压传感器和比较器实现，一旦输出电压超过设定值，比较器将控制开关电源关闭。
过流保护可通过电流传感器和比较器实现，一旦输出电流超过设定值，比较器将控制开关电源关闭。
过热保护可通过温度传感器和比较器实现，一旦温度超过设定值，比较器将控制开关电源关闭。
（3）开关电源的电磁兼容设计：在大功率充电电源电路设计中，电磁兼容是必须考虑的因素。
开关电源的开关操作会产生噪声和电磁辐射，可能对周围的电子设备造成影响。
为了减小电磁辐射，可以采用滤波电路、屏蔽电路和人工电源消噪等方法。
滤波电路可通过在输入端和输出端添加滤波电容、滤波电感实现。
屏蔽电路可通过在关键部位添加屏蔽罩或屏蔽片实现。
人工电源消噪可通过在输入端和输出端添加电源滤波电容器等元件实现。
2.总结：大功率充电电源电路设计需要综合考虑功率转换效率、电路保护和电磁兼容等因素。
通过合理设计开关电源的主电路和控制电路，可以实现高效、稳定的直流电输出。
在电路保护方面，应考虑过压保护、过流保护和过热保护等功能。
在电磁兼容设计方面，应采用滤波电路、屏蔽电路和人工电源消噪等方法，减小电磁辐射对周围设备的影响。
PDS方案
综合布线系统技术方案目录1.系统概述 (2)2.设计依据 (3)3.设计原则 (4)3.1.易维护性 (4)3.2.安全性 (4)3.3.实用性 (4)3.4.可扩充性 (4)3.5.开放性 (4)4.系统功能介绍 (4)5.设计综述 (5)5.1.工作区子系统 (8)5.2.水平干线子布线 (9)5.3.配线子系统 (10)5.4.垂直主干子系统 (11)5.5.主设备间子系统 (11)5.6.布线管理 (13)5.7.系统性能指标和测试方法 (14)5.8.生产监控系统布线 (18)5.9.安防监控系统布线 (19)5.10.一卡通－门禁、考勤系统布线 (20)5.11.防盗报警系统布线 (20)6.服务及实施 (21)6.1.厂商提供质保 (21)6.2.质保申请细则 (21)1.系统概述延吉卷烟厂新厂区，由综合办公楼、联合工房工房、锅炉房、1-3号片烟库、水泵房及变电所五栋建筑组成。
本次工程为厂区联合工房工房、锅炉房、1-3号片烟库、水泵房及变电所建筑综合布线系统工程。
各分配线间和主机房以光纤传输为主干的数据应用布线服务，根据用户未来的需求水平子系统使用国际上广泛推广的6类布线产品。
而实施后的综合布线系统将为网络化、信息化建设提供最佳的传输平台。
本次工程布线系统满足如下的技术要求：符合最新的国际标准ISO/IEC11801六类布线标准，保证计算机网络的高速、可靠的信息传输要求，并具有高度灵活性、可靠性、综合性、易扩容性。
进行开放式布线，满足灵活的应用要求，即任一信息点能够方便地任意连接计算机或电话。
所有接插件都应是模块化的标准件，以方便将来有更大的发展时，很容易地将设备扩展进去。
能够支持万兆速率的数据传输，可支持以太网、高速以太网、令牌环网、ATM、FDDI、ISDN等网络及应用。
结合烟厂的应用技术要求和实际需求，我们推荐布线使用德国KRONE（科龙）PremisNET第二代结构化综合布线系统，该布线系统完全遵从国际标准TIA/EIA568B、ISO11801(2nd)，并符合国标：GB/T 50311的设计要求。
PCB的输电系统(PDS)设计的原理、作用及重要性分析
PCB 的输电系统(PDS)设计的原理、作用及重要性分
析
PCB 的输电系统(PDS)设计可以忽略吗？
这一任务常被忽视，但对于系统级模拟和数字设计人员却至关重要。
PDS 的设计目标是将响应电源电流需求而产生的电压纹波降至最低。
所有电路都需要电流，有些电路需求量较大，有些电路则需要以较快的速率提供电流。
采用充分去耦的低阻抗电源层或接地层以及良好的PCB 层叠，可以将因电路的电流需求而产生的电压纹波降至最低。
例如，如果设计的开关电流为1A，PDS 的阻抗为10mΩ，则最大电压纹波为10mV。
首先，应当设计一个支持较大层电容的PCB 层叠结构。
例如，六层堆叠可能包含顶部信号层、第一接地层、第一电源层、第二电源层、第二接地层和底部信号层。
规定第一接地层和第一电源层在层叠结构中彼此靠近，这两层间距为2 到3 密尔，形成一个固有层电容。
此电容的最大优点是它是免费的，只需在PCB 制造笔记中注明。
如果必须分割电源层，同一层上有多个VDD 电源轨，则应使用尽可能大的电源层。
不要留下空洞，同时也应注意敏感电路。
这将使该VDD 层的电容最大。
如果设计允许存在额外的层（本例中是从六层变为八层），则应将两个额外的接地层放在第一和第二电源层之。
信号完整性分析与优化
信号完整性分析的方法
▪ 电磁场分析
1.电磁场分析是通过求解麦克斯韦方程组来分析信号在传输过程中的电磁场分布和 耦合情况。 2.电磁场分析方法可以评估信号的电磁辐射、串扰和电磁兼容性等参数，适用于分 析和优化高速数字系统和复杂电磁环境下的信号传输性能。 3.通过电磁场分析，可以优化系统的布局和布线设计，降低电磁干扰和提高信号的 传输质量。
▪ 时钟同步技术
1.时钟同步的重要性：时钟同步对保证系统稳定性和数据传输的准确性至关重要。 2.时钟同步的方法：通过采用全局时钟、分布式时钟等方式，可以实现时钟同步。 3.时钟同步的评估：需要通过测试和仿真来评估时钟同步的效果，确保系统性能得 到提升。
▪ 信号均衡技术
1.信号均衡的作用：信号均衡可以补偿信号传输过程中的损耗和失真，提高信号质 量。 2.信号均衡的方法：通过采用线性均衡器、非线性均衡器等措施，可以实现信号均 衡。 3.信号均衡的评估：需要通过测试和仿真来评估信号均衡的效果，确保系统性能得 到提升。
时钟完整性分析
▪ 时钟抖动的分析和优化
1.时钟抖动是衡量时钟信号稳定性的重要指标。 2.通过分析时钟抖动的来源，可以采取相应的优化措施。 3.采用先进的抖动测量和分析工具可以提高优化效率。
▪ 时钟完整性的验证和测试
1.时钟完整性的验证和测试是确保系统稳定工作的重要环节。 2.采用合适的测试方法和工具可以检测出潜在的时钟问题。 3.对测试结果进行详细的分析和解释，可以为优化设计提供有价值的参考。
信号完整性的基本概念
信号完整性问题的来源
1.信号完整性问题可能来源于系统硬件、软件和环境等多个方面。 2.硬件方面的来源包括传输线效应、电源噪声、接地问题等。 3.软件方面的来源包括算法缺陷、数据处理错误等。环境方面的来源包括温度、电磁干扰等。
电源完整性设计
电源完整性设计一、电源完整性定义电源完整性是指电源波形的质量，研究的是电源分配网络(PDN)，并从系统供电网络综合考虑，消除或者减弱噪声对电源的影响。
电源完整性的设计目标是把电源噪声控制在运行的范围内，为芯片提供干净稳定的电压，并使它能够维持在一个很小的容差范围内(通常为5%以内)，实时响应负载对电流的快速变化，并能够为其他信号提供低阻抗的回流路径。
在高度集成的电子产品中，电源系统的设计占到了设计工作量的50%左右；对于复杂的FPGA类型的产品应用，在电路中常常会达到15～30路不同的电源。
电源完整性的目的就是给系统提供持续、稳定、干净的电源，保证系统稳定的工作。
在数字系统中，使信号完整性满足系统设计的要求也需要有一个非常稳定的电源系统，但是又不能使电源系统超标。
所以在设计电源完整性时，不仅仅关注的是去耦电容，还需要关注电源完整性、信号完整性和电磁兼容性这个“生态系统”，尤其是要考虑高度集成化的数字电路对电源完整性的影响。
二、电源完整性概览电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。
在电路板层面的电源完整性要达到以下三个需求：1.使芯片引脚的电压噪声+电压纹波比规格要求要小一些（例如芯片电源管脚的输入电压要求1V 之间的误差小于+/-50 mV）；2.控制接地反弹（地弹）（同步切换噪声SSN、同步切换输出SSO）；3.降低电磁干扰（EMI）并且维持电磁兼容性（EMC）：电源分布网络（PDN）是电路板上最大型的导体，因此也是最容易发射及接收噪声的天线。
电源噪声来源1.稳压芯片输出的电压不是恒定的，会有一定的纹波。
2.稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。
稳压电源响应的频率一般在200Khz 以内，能做正确的响应，超过了这个频率则在电源的输出短引脚处出现电压跌落。
3.负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗产生的压降。
4.外部的干扰。
三、电源完整性相关参数讲解1.SI和PI传统分析信号完整性和电源完整性都是分开分析的，为了更好的分析SI和PI的相互影响，我们需要把SI和PI放在同一个EM仿真中来分析。
功率分配系统(PDS)设计：利用旁路电容去耦电容(一)
功率分配系统（PDS）设计：利用旁路电容/去耦电容（一）FPGA|0">FPGA设计人员在设计功率分配系统（PDS|0">PDS）时，面临着一个独特的任务。
大多数其他大型、高密度IC（如大型微处理器）对旁路电容都有非常明确的要求。
由于这些器件仅为执行其存储的特定任务而设计，所以其电源需求是固定的，仅在一定范围内有所波动。
但FPGA不具备这种属性。
FPGA可以不确定的频率、跨越多个时钟域，运行几乎无限多的应用，因此，预测其瞬态电流需求是一个非常复杂的过程。
由于无法确知一个新的FPGA设计的瞬态电流的变化情况，在设计第一个FPGA PDS时，唯一的选择就是采用保守的最坏情况设计法。
数字器件中的瞬态电流需求是产生接地反弹的原因，也是高速数字设计的死对头。
在低噪声或高功率情况下，电源去耦网络必须根据这些瞬态电流需求准确地度身定制，否则，接地反弹和电源噪声将超出FPGA的限值。
每种FPGA 设计产生的瞬态电流不尽相同。
本应用指南介绍了一种全面的设计方法，适用于满足特定FPGA设计的个别需要的旁路网络。
这个过程的第一步就是检查FPGA的利用率，大致了解其瞬态电流要求。
接下来，保守地设计一个满足这些要求的去耦网络。
第三步，通过模拟和修正电容数量和额定值，精细调整这个去耦网络。
第四步，完成全部设计；第五步，测量设计。
测量包括利用示波器和频谱分析仪检测电源噪声。
取决于测得结果，可能有必要再次重复元件选择和模拟步骤，以优化这个针对特定应用的PDS。
第六步是可选步骤，适用于要求完美的PDS的情况。
去耦网络基本原理在开始进入PDS设计流程之前，必须理解所涉及的基本电气原理。
这部分讨论了PDS的用途及其组件的属性。
此外，还介绍了独立式电容的布局和贴装等重要方面，以及关于PCB的几何形状和叠层的建议。
PDS旨在向一个系统中的各种器件提供电源。
系统中的每个器件不仅各有适于其运行的电源要求，而且对该电源的噪声也有特定要求。
综合布线(PDS)系统施工工艺
编号: 综合布线（PDS）系统施工工艺要求✧对绞电缆和光缆型号规格、程式、形式应符合设计的规定和购销合同的规定。
电缆所附标志、标签内容应齐全、清晰。
电缆外护套须完整无损，电缆应附有出厂质量检验合格证,并应附有本批量电缆的性能检验报告。
✧钢管（或电线管）型号规格，应符合设计要求，壁厚均匀，焊缝均匀，无劈裂,砂眼，棱刺和凹扁现象。
除镀锌管外其它管材需预先除锈刷防腐漆(现浇混凝土内敷钢管，可不刷防腐漆，但应除锈）。
镀锌管或刷过防腐漆的钢管外表完整无剥落现象，并有产品合格证。
✧金属线槽及其附件：应采用经过镀锌处理的定型产品.其型号规格应符合设计要求。
各种镀锌铁件表面处理和镀层应均匀完整,表面光洁，无脱落、气泡等缺陷，线槽内外应光滑平整，无孔不入棱刺，不应有扭曲、翘边等变形现象，并应有产品合格证。
✧塑料线槽及其附件型号规格应符合设计要求,并选用相应的定型产品.其敷设场所的环境温度不得低于－15℃，其阻燃性能氧指数不应低于27％。
线槽内外应光滑无棱刺，不应有扭曲、翘边等变形现象,并有产品合格证。
✧配线设备，电缆交接设备的型号规格应符合设计要求,光电缆交接设备的编排及标志名称应与设计相符.各类标志名称统一，标志位置正确、清晰。
并应有产品合格证及相关技术文件资料。
✧各种模块设备、交接箱、暗线箱型号规格、数量应符合设计要求,并应有产品合格证。
施工机具煨管器、液压开孔器、套丝机、钢锯、电工组合工具、射钉枪、拉铆枪、手电钻、台钻、高凳、网络测试仪、光时域反射仪、万用表、光欧表、铅笔、皮尺、水平尺、小线、线坠、剥线器、压线工具、光纤熔接机、显微镜、切割工具、玻璃磨光盘、烘干箱等。
作业条件✧结构工程中预留地槽、过管、孔洞的位置尺寸、数量均应符合设计规定。
✧交接间、设备间、工作区土建工程已全部竣工。
房屋内装饰工程完工，地面、墙面平整、光洁,门的高度和宽度应不妨碍设备和器材的搬运，门锁和钥匙齐全。
✧设备间铺设活动地板时，板块铺设严密坚固,每平方米水平允许偏差不应大于2mm，地板支柱牢固，活动地板防静电措施的接地应符合设计和产品说明要求。
便携式系统PDS分析与设计
便携式系统PD S分析与设计梁茂，戴世通(西安理工大学工程训练中心，陕西西安710054)摘要：研究了模拟、数字和射频混合电路便携式设备中P C B板电源传输系统（PD S)的设计方法，以及由电源传输系统引起 的信号完整性问题。
对P D S去耦网络中电容容量和数量做了定量和定性分析及研究，从电容提供电流速度这一角度给出了 电容在P C B设计中布局的方法，以及电源传输系统引起的信号完整性问题的解决方法。
该方法是经过大量智能便携式产品 设计和测试总结与归纳后得出的，解决了设计和测试过程中出现的很多问题，也为新产品的开发在电源设计方面提供了新思路。
关键词：电源噪声；PDS%电源完整性中图分类号：TN402 文献标识码：A D O I:10. 19358/j. iss n. 1674-7720.2017.09.011引用格式:梁茂，戴世通.便携式系统P D S分析与设计[J].微型机与应用，2017,36(9):34-37.Analysis and design of portable system PDSL ia n g M a o，D a i S h ito n g(Engineering Training Center，Xi ’ an University of Technology，X i’an 710054，China)A bstract：This paper mainly gives a research on the design metliod of PCB boards PDS in analog，digital and radio and the signal integrity problems caused by power transmission. A quantitative and qualitative a nalysis and research tance and quantity of PDS decoupling networ]^. A method on howto layout the capacitance in the P current capacitance speed providing，as well a s the system solutions of botli signal integrity problems caused by power transmission and the signal integrity problem caused by power output system .The methods have been summarized from a large number of desi of intelligent products，many o f the problems appeared in the proccss of designing and testing have been solved by this methods，which also provided the guiding ideology for the designing of power supply of new products.Key w ords: power noise; PDS; power integrity〇引言随着智能便携式设备的高速发展，当前智能便携式设 备系统集成了数字、模拟、射频、存储器、传感器等各种功 能模块，同时超薄智能便携式设备日益风行，使智能便携 式设备的P C B板越来越小，集成度越来越高。
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复杂电路系统电源及PDS设计
现代大型集成电路，比如CPU、大型FPGA 等消耗的电流往往达到数安到几十A，并且一些复杂系统电源种类繁多，因此电源系统的设计是否合理往往
成为系统能否稳定工作的关键。
电源系统的设计应该包含电源评估、电源供电
电路设计和功率分布系统（Power distribution system 简称PDS）三个方面。
本文分别探讨这三个方面的一般设计方法和思路。
一、电源评估评估电源是电源系统设计的第一步，也是最重要的一步，决定
了电源设计的成败。
在设计电源的时候应该已经完成了整个系统的框图设计并
基本选定了其中重要的IC 芯片，这时我们需要参考数据手册Datasheet 获得每一个IC 的工作电压及消耗电流，并绘制下面这样一张表：表一、IC 电源评估
表
1.电源类型电源类型可以分为模拟和数字两大类，模拟电源是指为
PLL、ADC/DAC 等模拟电路供电的电源；而数字电源主要是为数字电路供电，它又可以分为核心电源（主要为集成电路的核心逻辑电路供电，比如FPGA 核心电、压源）和I/O 电源（主要为I/O 接口供电），现代大型IC 的供电一般核
心电压和I/O 电源是分开供电。
2.电压值电压值一般包含最小、典型和最大值，一般设计的电路电源应该工作在典型工作电压上，并且电源波动范围不应该超
过最小和最大值的范围。
3.电流在设计电源时电流值应该考虑最Worst 的情况，比如大型FPGA 系统电流可能会随着使用逻辑门的多少而相差很多；在设计供
电电路时在评估的最大电流基础上要提供一定的设计余量。
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