如果产品在设计末期未能通过一致性测试，会造成极其昂贵的代价。通过新增滤波器和电容器进行改造会增加制造成本。重新设计则会延误产品开发进度， 造成收入损失。最好的办法是在设计阶段尽早开始了解和解决潜在的电源问题。 电源完整性分析的目的是确保电路板上的驱动器和接收机能够获得所需的电压 和电流来支持它们正常工作。为确保电源完整性，您要避免直流压降（这个指标 衡量的是流经电源和接地面电阻的电流所造成的电压损耗）。
早期设计探索非常关键 有三个因素会给电源完整性造成挑战并增加直流压降的影响。
1. 器件集成度提高——电路板上的走线越密集，电源网络中的 电流密度就越高，直流压降也就越大。
2. 电源电压降低——1 V 上 10% 的容差比 1.2 V 上 10% 的容差 更为严格，因此会扩大压降的影响。
3. 外形尺寸缩小——PCB 上的空间更小，导致电源面的空间压缩， 造成直流压降。
您不能等到完成版图设计之后才执行电源完整性分析。早期设计探索 对于成功打造高速数字电路板非常关键。
理解电源完整性的两个关键分析
早期仿真和分析有助于确保电路板的电源完整性。请务必将这两种分析纳入 您的整体高速数字设计流程。
分析 1：直流 IR 压降
在 PCB 上分配电源时，如果压降过大，负载上的电压可能无法达不到所要求 的器件技术指标。直流 IR 压降分析可以确保 PCB 走线和平面满足电源要求。 通过这一分析，您可以直观地了解所选电源和接地网络的电压分布情况。您还 可以查看电流密度，从而了解如何更 好地改进设计。请务必查看电源稳压器 模块及其过孔的布置。您还要考虑过孔周围的空隙，电流在此被迫通过狭窄的路径。
分析 2：交流阻抗
从直流角度考虑电源完整性固然重要，但从交流角度考虑电源完整性也同样具 有非常重要的意义。在 PDN 中，有多个集成电路充当了接收机的角色，每个集 成电路以不同的频率开关从而形成交流。去耦电容器可存储局部电荷，同时尽 量降低电流变化的影响。 通过交流阻抗分析，您可以确定去耦电容器的最佳数量，从而最大程度地降低 交流效应。由于电路板上的空间有限，优化去耦电容器的数量能节省制造成本。 您打造的最优设计应不仅具有数量最少的去耦电容器，还能确保稳定性。
实现平坦阻抗设计的目标
过去，电源完整性工程师使用目标阻抗来确保在所需的频率范围内提供足够 的功率。目标阻抗代表了 PDN 能承受的最高阻抗。设计人员认为，如果将目标 阻抗保持在这个限值以下，电源完整性不会构成问题。 在当今的高速数字电路板上，目标阻抗还不够高。您必须考虑影响电路板的 其他噪声源。从直流到最高频率分量的 PDN 阻抗必须平坦，而不能只是单纯地 低于目标阻抗。为了确保得到平坦的阻抗，您可以用电源的反馈环路滤除低频， 用去耦电容器滤除中频和高频。您需要一个“最优阻尼”设计来避免纹波，并为 电流需求中的大阶跃提供快速稳定时间。平坦阻抗方法可以同时满足这两个需求。
优化平坦阻抗
优化平坦阻抗意味着使用非常少的电容器来获得平坦阻抗，同时避免可能导致 狂野电压波的高谐振。减少电容器的数量还可以减少焊点，让可靠性也得到 提高。优化平坦阻抗可以改善性能、降低成本、提高可靠性。 将直流 IR 压降和交流阻抗分析相结合，并针对平坦阻抗进行设计，可以提供 全面的电源完整性工作流程。只要解决了这些分析中发现的问题，您就可以 信心十足地设计从发电到交付给负载的整个电源完整性生态系统。 |
楼主
标题置顶
标题高亮
