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Cómo resolver el ruido en redes de suministro de energía (PDN)

Cuidar la integridad de señal y la integridad de potencia son dos principales retos en el diseño de una red PDN, la que siempre es susceptible a las interferencias parasitarias.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Cuando se diseñan tarjetas de circuito impreso para redes de suministro de energía (PDN), cuidar la integridad de señal y la integridad de potencia son factores claves para determinar la calidad del sistema y establecer un modo eficaz para controlar el fastidioso ruido producido por frecuencias parasitarias.

A menudo, al momento de realizar el boceto de la estructura electrónica del circuito pocas veces se considera el rendimiento de las redes PDN como un factor prioritario, pero conforme aparecen las arquitecturas tecnológicas más actuales, las características están obligando a los ingenieros diseñadores a tomar en cuenta el rendimiento de las redes PDN si trabajan principalmente en proyectos con menor voltaje y mayores corrientes, así como un margen inferior de ruido.

Algunas de las recomendaciones técnicas para trabajar esta clase de proyectos, es tomar en cuenta el rango de impedancia como objetivo y los componentes necesarios para mantener esta impedancia en el rango deseado.

Al mismo tiempo, se deben tener en cuenta los efectos que puedan acarrear los componentes seleccionados para la creación de la red PDN, como el módulo regulador de voltaje y los capacitores de desacoplamiento en masa, por mencionar algunos, esto en caso de utilizarlos, ya que si el proyecto no los considera como parte de su topología entonces existirán otras maneras de aplicar la fase de depuración del sistema.

Otra de las cosas que suelen ignorarse durante el diseño del sistema, es la parte reactiva del sistema que se compone por la capacitancia del chip, inductancia del encapsulado y estructuras de la propia tarjeta PCB. Esta parte reactiva del sistema, a menudo conocida como reactancia del sistema tiende a ser el elemento que domina la caída de infrarrojos. Las estructuras resonantes se forman debido a la reactancia del sistema que almacena y libera la energía en diferentes bandas de frecuencia.

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Sistema PDN en el que se controla la impedancia.

Esto es importante y se aconseja siempre contemplarse en su totalidad para estimar los picos de impedancia en el dominio de la frecuencia y los excesos y defectos en el dominio del tiempo. El sistema debe ser analizado como un todo porque la estimación de las resonancias no es posible analizarla solamente por el chip y el paquete individualmente.

La reducción de la inductancia ayuda considerablemente a mejorar el rendimiento de frecuencia de los capacitores de desacoplamiento. La formación de bucles de corriente cuando la corriente pasa a través del capacitor de desacoplamiento. La inductancia por un capacitor es definida por un lazo de corriente y la manera más efectiva de reducir esta inductancia es minimizando el área del lazo.

La inductancia total por el capacitor, debido al lazo de corriente, puede ser clasificada como inductancia de montaje, inductancia de dispersión e inductancia y puede ser asociada principalmente con la colocación del capacitor en la placa.

Altium Designer es una de las compañías que actualmente ofrecen soluciones para analizar elementos que puedan impactar en el rendimiento de los sistemas en su etapa de diseño y análisis.

Cabe mencionar, que actualmente existen herramientas efectivas de depuración en el mercado que ayudan a simplificar las labores durante la fase de análisis del sistema de redes de suministro de energía (PDN), tal es el caso de la compañía Altium Designer, que posee un Analizador de PDN, que permite identificar y resolver fácilmente problemas de densidad de corriente y voltaje de CC de múltiples redes, también otros aspectos del diseño del circuito incluyendo: caída de tensión no controlada, penínsulas de cobre, exceso de cobre, tensión marginal en los pines de potencia, o cobre insuficiente.

Otra firma que posee soluciones para el análisis de los sistemas de redes de suministro de energía, específicamente para analizar la integridad de señal y de potencia, es Rhode & Schwarz que cuenta con equipos analizadores de frecuencias parasitarias.

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