电源完整性整理要点

电源完整性分析-郝晓飞PI电源完整性（PowerIntegrity，简称PI）：当大量芯片内的电路输出级同时动作时，会产生较大的瞬态电流，这时由于供电线路上的电阻电感的影响，电源线上和地线上电压就会波动和变化，良好的电源分配网络设计是电源完整性的保证。造成电源不稳定的根源主要在于两个方面：一是器件高速开关状态下，瞬态的交变电流过大；二是电流回路存在电感。从表面形式上来看又可以分为三类：同步开关噪声（SSN），有时被称为Δi噪声，地弹（Groundbounce）现象也可归于此类；非理想电源阻抗影响；谐振及边缘效应。电源完整性的作用是为系统所有的信号线提供完整的回流路径。破坏电源完整性的主要因素只要有以下几种：地弹噪声太大，去耦电容设计不合理，回流影响严重，多电源、地平面的分割不当，地层设计不合理，电流分配不均匀，高频的趋肤效应导致系统阻抗变化等等。正常情况下，电压波动范围不超过+/-5%。例如，一个10v的电源，允许的波动范围为5%，最大瞬间电流为1A,那么最大电源阻抗为：0.51A5%V5)()(arg）（）（最大电流允许的波动范围正常电源电压etrZ然而，目前电路设计的趋势是电压变小，瞬时电流变大，从上面的公式可以看到，最大的电源阻抗呈现下降的趋势，这就更加要求我们在电源完整性设计的过程中减小电源阻抗。在设计电源阻抗的时候，我们不仅要计算直流阻抗（电阻），还要考虑高频下的交流阻抗（主要是电感）。一般在时钟的上升和下降沿，电源系统会产生瞬间的电流变化，用如下公式来表达受阻抗影响的电源电压波动：dtdiLRiVdrop通过观察公式，我们在设计过程中可以考虑通过如下措施达到降低电源的电阻和电感：①使用电阻率低的材料，比如铜；②用较厚、较粗的电源线，并尽可能减少长度；③降低接触电阻；④减小电源内阻；⑤电源尽量靠近GND；⑥合理使用去耦电容。电源完整性设计：1、使用电源平面代替电源线，降低供电线路上的电感和电阻；2、电源平面和地平面相邻，电源和地紧密耦合；3、放置旁路电容，1μF~10μF电容放置在电路板的电源输入上，而0.01μF~0.1μF电容则放置在电路板的每个有源器件的电源引脚和接地引脚上；4、保证大电流器件电源的回流路径畅通无阻。