[发明专利]一种消除Ground噪声的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域, 具体地说是一种消除Ground噪声的设计方法。

背景技术

目前Server产品中Power线路较多，为提高Power电压的稳定性及系统性能，往往在电源的输入引脚上并接许多去耦电容来达此目标。然而原理线路设计上的可行，并非PCB成型板就能高效稳定工作，在某server专案产品设计中，便出现由于电容摆放位置不当，造成系统电压无输出，通过仿真模拟及实板debug验证，成功消除电容摆放不当，造成地噪声过大引起的系统电压不稳定的问题。

在某Server专案设计开发时，发现一路电压转换芯片无电压输出，通过对下列线路图及PCB layout图(如图1&2所示)进行分析，初步认定问题原因如下：

由于电压转换芯片内部集成mosfet管, 而线路中又包含了LC滤波电路，因此确定此电压转换芯片为开关电路，在芯片内部存在斜率变化较快的锯齿波电流，此电流的变化将使输入电容C2677/C2678产生充放电，以此满足输入直流5V电压稳定。

在检查Layout布线发现，与耦合电容相连的地平面路径较窄，造成此地平面上噪声过大，而无法有效的传播到相邻大面积参考地平面上。耦合电容C2677/C2678旁边的滤波电容C2679是偏置电压Vbias对地相接的部件，因此，较大的噪声较通过C2679电容影响到Vbias电压的稳定，从而造成电压转换芯片无电压输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除Ground噪声的设计方法。

本发明的目的是按以下方式实现的，包括以下内容：

1）在PCB器件摆放时，直接将去耦电容负引脚与电源转换芯片的地引脚相连，即能消除由去耦电容摆放位置不恰当引起的地噪声过大的现象，也能有效降低长trace路径产生的寄生电感和电阻值，大幅减少地弹造成的系统电压不稳定的现象；

2）在去耦电容C2677/C2678地平面附近加打GND VIA，以减少地平面阻抗，加打GND VIA后有效的降低电压噪声在1mV内，确保了电源的稳定性； 

3）将去耦电容地引脚直接与电源转换器的多个地引脚相连, 以切除耦合路径，能有效减小电流回路阻抗，降低地噪声，增加电压的稳定性。

本发明的有益效果是：本发明是基于目前某server产品设计时，某路电源出现故障而进行仿真分析及实板测试验证的，其主要思路在对多Power线路的PCB设计时，将电容位置的合理摆放与连接，可大幅消除地噪声，提高电源的稳定性，增加产品的竞争力。

本发明设计思想已在某Server产品Power Debug中得以验证，并可应用到其他Power线路较多的电子产品中，很好的解决系统电源的稳定性，提升产品的竞争力。

附图说明

图1是电压转换芯片连接线路图；

图2是电压转换芯片PCB Layout屏幕截图；

图3是二维时域噪声波形图；

图4是三维噪声空间分布屏幕截图；

图5是加打GND VIA的仿真模型屏幕截图；

图6是加打GND VIA的二维时域波形图；

图7是加打GND VIA的三维分布屏幕截图；

图8是改进的PCB Layout屏幕截图；

图9是改进仿真模型屏幕截图；

图10是改进方案后的二维时域仿真波形图；

图11是改进方案后的实测电压波形屏幕截图。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的设计作以下详细地说明。

通过上述仿真已验证了电源质量问题的来源，现在利用仿真进行电压质量优化，其改进方案如下：

1）如图1-4所示，在PCB器件摆放时，直接将去耦电容负引脚与电源转换芯片的地引脚相连，即能消除由去耦电容摆放位置不恰当引起的地噪声过大的现象，也能有效降低长trace路径产生的寄生电感和电阻值，大幅减少地弹造成的系统电压不稳定的现象；

2）在去耦电容C2677/C2678地平面附近加打GND VIA，以减少地平面阻抗，如下图5所示：

通过仿真发现，加打GND VIA后有效的降低电压噪声在1mV内，确保了电源的稳定性，但此方法存在两缺点：  

（1）若想降低地噪声必须多打GND VIA，而VIA本身也存在寄生电感和电阻，并虽着PCB板厚度的增大而增加，因此，当板厚较大时，由VIA引起的噪声幅度也随之增大；