2019年高速PCB设计指南7.doc(4)

崗速PCB设计指南

现代的服务器，具有SMP （对称多处理能力）的体系结构，以及CPU以500MHz或以上的频率来运作，就是能源分布挑战方面的好例子。你不可以简单地建造一个5V电源并把布线引到相应的总线。以500MHz上限达20A或30A的电流开关，它要求於毎个使用点（point-of-use）实际上有独立的转换器，还加上一个更大的一级电压源对这些转换器的全部进行供电。

趋势要求具有热交换（hoiswap）的能力，意味着你要能做到在现用系统里插入或除下电路板。这样做也是预告会有瞬变产生的。如此一来，无论插入的板抑或主板都必须有适当的保护作用。

无论小型化或高速化的趋势都有其独特的问题。例如，大电流能源分布对於小型、便携、手持式设备来说，就不是个大问题。而对於桌面电脑和服务器来说，延长的电池寿命也不会成为问题。不过，锁上和瞬变引致的损坏，在上述两方而都成为问题。

3、锁上和瞬变

对深度次微米IC从线宽的瞬变恶化了关於过电压状态的敏感性，意味着你要聪明一点, 对这些器件进行保护，但同时又不要影响它们的性能。

在一个保护输入里，任何保护元件於正常运作下都必须呈现为一个高阻抗电路。它必须加载尽可能小的电容负荷，例如，假楚它是对正常输入讯号加入小小效应的话。不过，在过电压的一瞬间，那同一个器件必须成为该瞬变电能的主要通路，将它从受保护器件的输入中引开。还有，保护器件的承受电压应该高於它保护的引脚上的最大允许电压。同理，它的箝位电压要足够低，以防止受保护器件的损坏，这是由於在瞬变情况下，输入上的电压会是保护器件的箝位电压。

以前，瞬变电压抑制（TVS）二极管在印刷电路板上有效地将瞬变箝位。传统的（TVS）二极管是固态PN结器件，低至5V的电压也工作得很好。它们有快速的响应时间，低的箝位电压，高的电流浪涌能力一全都是所希望的特性。不过，传统TVS -极管的问题是低於5V以下会抬起它的头。在这里，它们所采用的雪崩技术是个障碍。要在5V以下达致Stand-off 电压，要采用高度的掺杂（在1018/cm-3或以上九这反过来，又会引致更高的电容和漏电电流，两考都会损害高性能的。传统的TVS二极皆具有电压相关的电容，随电压减少而增加。例如，在5V卜，典型的ESD保护二极管会有400pF的结电容。我们可以想像一下，这样的电容性负载加於lOOBase-TEthernet发射器或接收器的输入节点，或加於通用串行总线（USB）输入，会有甚麽问题。而且，这些正正是最需要进行瞬变保护的那些电路类型。

低於5V电压的情况下，传统的TVS二极管并非真正的选项。但这也不是说你再无可选择的了。由加州伯克莱大学和Semtech公司（加州NewburyPark市）共同开发的一种新技术，提供了一直低至2.8V T作电压的瞬变和ESD保护。你可以在一系列的TVS器件中去选立一种，具有合适的电容，stand-off电压，和箝位电压来符合自己系统的要求。之後，还要考虑应把该器件放在板上的甚麽地方，如何给电路板布线等问题。

在保护通路中的寄生电感会引起高电压的过冲及令IC损坏。在快速上升时间瞬变的情况尤甚，例如ESD。由ESD感应起的瞬变，据IEC 1000-4-2的泄义，会在不到］纳秒(ns) 内到达它的峰值。以走线电感20nH/寸来计算，4份1寸走线自10A脉冲会引起50¥的过冲。

你必须考虑所有可能的感应通路，包括地线返回通路，在TVS和保护线路之间的通路, 以及由连接器至TVS器件的通路。而且，TVS器件应该尽可能地靠近连接器放置，以便将瞬变耦合到靠近的其他走线。

一块10 / lOOEihernct板是需要进行瞬变保护的子系统。在Ethernei交换器和路由器中所用的器件是暴露在高能量，霜电感应瞬变之下的。而所用的深度次微米IC在设计上对过电压锁上又是极度敏感的。在典型系统里，毎个端口所用的双绞线对介面由两个不同的讯号对所组成一一对用於发射器，另一对用於接收器。发射器输入通常是最容易受到损坏的，在一个线路对中会出现有差异的致命性放电，并且透过变压器以电容性地耦合到EthernetICc