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PCB行业术语和定义—— 电源完整性(PI)
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2019-12-3 8:55:57

电源完整性(Power Integrality)简称PI,是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。目前,电源完整性还是高速PCB 设计最大的挑战之一。

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电源完整性涉及的层面包括芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。其中,在电路板层面的电源完整性要达到以下3个需求:

1、使芯片引脚的电压涟波比规格要小一些(例如电压和1V之间的误差小于+/-50 mV);

2、控制接地反弹(也称为同步切换噪声SSN、同步切换输出SSO);

3、降低电磁干扰(EMI)并且维持电磁兼容性(EMC):电源分布网络(PDN)是电路板上最大型的导体,因此也是最容易发射及接收噪声的天线。

电源完整性问题主要是由于去耦电容的设计不合理、回路影响严重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理以及电流不均匀等问题引起的。通过电源完整性仿真,找到这些问题,然后通过以下方法解决电源完整性问题:

(1)通过调整PCB叠层线宽、介质层的厚度满足特性阻抗的要求,调节叠层结构满足信号线回流路径短的原则,调整了电源/地平面的分割,避免了重要信号线跨分割的现象;

(2)对印制板上用到的电源进行了电源阻抗分析,通过加入电容使其控制在目标阻抗之下;(3)在电流密度大的部分通过调整器件的位置,使电流从更宽的路径通过。

在电源完整性分析中,主要仿真类型有直流压降分析、去耦分析和噪声分析。直流压降分析包括对PCB上复杂走线和平面形状的分析,可用于确定由于铜的电阻将损失多少电压。

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▲显示PI/热协同仿真中“热点”的电流密度和温度图

去耦分析通常会驱动PDN中所用电容器的值、类型和数量的变化。因此,它需要包括寄生电感和电阻的电容器模型。

噪声分析的类型可能会有所不同。它们可以包括围绕电路板传播的、来自IC电源管脚中的噪声,可通过去耦电容器对其进行控制。通过噪声分析,可以调查噪声如何从一个过孔耦合到另一个过孔,可以对同步开关噪声进行分析。

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