logo
PCB在设计中，向信号提供稳定的电压并提供适当的电压分配是电源系统设计中的两个基本目标。随着信号匹配问题的发生，反射、串扰等影响电源系统的稳定，除了芯片操作电压的减小之外，电源的波动影响系统的正常操作。电源整合性分析是为了保证PCB的稳定可靠的电源供给。
电源整合性分析的概要
电源一致性是指系统内电源波形的质量。随着IC输出开关速度的提高，信号的边缘速度，即信号的上升和降低的时间急速减少，电源线根据其寄生电感受到小的电压下降。在小于1ns的信号边缘速率下，PCB上的电源层和地层之间的电压在电路基板的各个地方不同，因此影响芯片的电力供给的稳定性，可能导致芯片的逻辑。
导致电源系统不稳定性的因素是同步开关噪声、非理想电源阻抗的影响、谐振和边缘效应。通常，同步开关噪声是电源噪声的主要来源。在接地引线和平面上存在寄生电感，因此在开关电流的作用下，产生一定的电压变动。即，由于元件的基准地不是零电平，所以根据驱动端发送的接地电平而出现干扰波形，干扰波形的相位与地上噪声相同，对于开关信号波形来说，接地噪声的影响使信号的降低边缘变得缓慢。在接收侧，信号的波形也干扰地噪声，但是干扰波形的相位与地上噪声相反。此外，在一些存储器元件中，数据可能由于电源噪声和接地噪声而引起意外的反转。
在高频电路中，在电源平面上存在许多由电感和容量构成的LC谐振网络或者可以被认为是谐振腔的寄生参数。在确定的频率下，这些电容和电感引起谐振现象，并且影响电源层的阻抗。除了谐振效应之外，电源平面和地平面的边缘效应也是电源设计中应注意的问题，这里的边缘效应是边缘反射和辐射现象。由于电路基板的边缘铜覆盖面的大小受到限制，所以容易发生电磁干扰的问题。通常，在步骤中，为了降低边缘的辐射效果并抑制电源平面噪声，添加解块容量。
同步开关噪声
同步开关噪声（SSN）主要由伴随设备的同步开关输出产生。开关速度越快，瞬间电流的变化越显著，电流电路上的电感越大，所产生的同步开关噪声越严重。由此可知，同步开关噪声的大小取决于集成电路的I/O特性、PCB板电源面和地平面阻抗以及PCB上的高速装置的布局和布线方式。
同步开关噪声通过回流路径被分成芯片外开关噪声和芯片内开关噪声。芯片外开关噪声是指信号开关的电流回流通过信号线、电源/地平面时产生的噪声。当开关状态转变时，电流的回流路径通过电源和接地而不是信号线，此时的噪声是芯片内开关噪声。芯片内开关噪声的降低主要通过降低开关信号在路径上流动的电感或减轻开关信号的变化速度来降低感应电压来实现。为了减少芯片外开关噪声，可以通过减少与芯片内驱动器的开关速度同时切换的数量，来采用满足定时请求的最慢边缘速度的芯片。或者，通过降低封装电路的电感，增加信号、电源和地上的耦合电感。另外，也可以在封装内部使用旁路电容，将电流电路与电源和接地一起分担，减少回流路径的等效电感。
电源分配设计
电源噪声很大程度上来源于非理想的电源分配系统。电源分配系统是向系统中的所有设备提供足够的电源，这些设备不仅需要足够的功率损失，而且对电源的稳定性也有一定的要求。由于实际的电源平面上始终存在阻抗，所以瞬时电流流动时会发生电压下降，从而导致电源的变动。对大部分设备的电源变动的要求是正常电压的plusmn。在5%的范围内。为了保证每个装置正常工作，必须尽可能降低电源平面的阻抗。当工作频率相对较高时，还计算电阻的直流阻抗，并计算电感的交流阻抗。在控制电源阻抗时，采用电阻率低的材料，采用短而粗的电源线，降低电源内电阻，尽量接近电源，使用诸如解扩电容等方法，可以降低电源的电阻和电感，降低电源阻抗。
