高速PCB的电源完整性分析.pdf

万方数据躲铲一禽伊仑＼高速牡缭赐暾苑治申伟唐万明王杨随着时钟和数据信号频率的增高和高速互连设计密度的增大。良好的电源分配成为了杓频囊桓主要挑战。当大量开关同时快速切换状态时。会在电源分配系统上产生纹波噪声。这个噪声会对周围的高速设备造成干扰有可能引发芯片的误动作如果没有足够稳定的电源支持高速元件的行为将是不可预测的。于是电源完整性的研究分析也应运而生电源完整性分析主要讨论和解决电源供给的稳定性问题。对于理想的电源分配系统见图传输路径阻抗为零在电源平面上任何一点的电位都是保持恒定并等于系统供给电压而实际的电源分配系统由于各种噪声干扰的存在电源分配系统上的电位会有波动有时甚至很严重。影响系统的正常工作。电源不稳定的主要表现形式就是同步开关噪声侵父咚倏9仄骷刺谢皇辈乃蔡槐电流在经过回流路径上存在的电感时形成的交流压降所以也称为△肷Ｓ捎赟造成芯片地和系统地不一致的现象称为地反弹斐尚酒缭春拖低车缭床灰恢碌南窒蟪莆5缭反弹許包括地反弹噪声和电源反弹噪声。在图中驱动端发送的低电平受到地弹噪声的影响在低电平上会出现相位与地弹噪声相同的噪声波形；在图中驱动端发送的开关信号受到地弹噪声的影响。导致开关信号下降沿变缓。摘要：随着微电子技术的不断发展．高速信号的上升沿越来越快电源完整性已经成为高速互逢系统设计中不可忽略从而在设计阶段解决电源完整性问题。根据电源完整性问题的形成机理、影响因素阐述了高速缭赐暾越饩霭旆ā电压波动的危害挥捎图氐肷郧诵藕诺挠跋删厍齑笱Ъ扑慊г褐厍的问题。借助維抡嫒砑愿咚貾进行电源完整性分析可以指导并优化电源分配系统杓疲对电源分配系统设计具有指导作用。关键词：电源完整性；电源分配系统；同步开关噪声；退耦电容中图分类号：甆文献标识码：文章编号：———’琓琖：图电源分配系统猠—．．琣瓵瓸瑃甌．：籶；籦收稿日期：—一珻珻‘理想电源分配系统导实缭捶峙湎低低电平信号开芙信号下降沿变缓‘咋万方数据‰。竺号命、卜竺挚气一坛铲一嚆Ⅳ小—旦钹瘛疽虫叠董；童蓬￡竺堡塑鱼潼塞鍪壁坌堑。一俊·等：А。／。在图中。由于参考地上的地弹噪声使得接收到低电平信号上出现相位与地弹噪声相反的噪声波形；在图中如果电源反弹噪声的相位与地反弹噪声相反会使高电平信号上噪声波形幅度加倍严重时造成数据翻转。打开。谴德什钩サ姆糯笃鳎褂貌慰嫉缪估醇测负载电压。当负载电压太高时它利用开关和电感来降低电流。电压调节行为是非线性的因为开关的打开和闭合与时间有关。对于良好的杓疲浅ＯＭ有线性的Ｐ汀抡婀ぞ咴擞盟母霾问男形=模型如图尽其中！！Ｎ猇的输出电阻。Ｎ猇的输出电感猇的等效串联电阻。。为输入电感有内部晶体管特性决定可以根据技术参数对其进行估算如果梢栽谑奔鋞内使电源分配系统的设计要求电源地平面电源分配系统设计的关键是使淖杩乖谝欢频率范围内控制在目标阻抗以内目标阻抗的表达式为：式中：。枪ぷ鞯缪梗籚是电压纹波容限；—Ｊ系统的动态电流。杩贡３衷谀勘曜杩挂韵碌钠率范围应取到信号的屈膝频率／因为截止频率代表了数字电路中能量最集中的频率范围超过！！５钠德识允中藕诺哪芰看涿挥杏跋臁在迳希缭捶峙湎低秤傻缭茨？椤⒌缭吹仄面、退耦电容组成。它们分别在不同的频率范围内做出响应。目标阻抗可以通过在目标频率范围内仔细考虑开关电源退耦电容以及电源一地平面对等因素来实现。缪沟鹘谀？电压调节模块是┑绲脑炊耍;灰桓鯠电压到另一个电压。褂靡桓霾慰嫉缪购头馈回路来监测负载电压从而调节输出电流其原理如图尽图校琕ＮJ淙氲缪梗偕韬愣ú槐洹５笨9豷。闭合时电感J即⒋婺芰坎⑾蚋涸厥渌偷缌鳌Ｈ果系牡缌鞒涸匦枨螅瑂。将打开＝ū蘸希流继续向负载输送并不断减小直到⒅匦卤蘸希琒：在中低频时电源地平面对可当作一个理想电容来看待其虴都很小。在频率达到某一个高频段时电源地平面对变成了一个谐振腔。等效为并联电路