電源完整性理論基礎(chǔ)（共13頁pdf）

ID:267974 · 發(fā)表于 2017-12-27 21:03

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電源完整性理論基礎(chǔ)
------- 阿鳴
隨著 PCB 設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對于信號(hào)完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及 EMI之外，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計(jì)者們重點(diǎn)研究的方向之一。尤其當(dāng)開關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時(shí)候，電源的波動(dòng)往往會(huì)給系統(tǒng)帶來致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡稱 PI(power integrity)。其實(shí)，PI和 SI是緊密聯(lián)系在一起的，只是以往的 EDA仿真工具在進(jìn)行信號(hào)完整性分析時(shí)，一般都是簡單地假設(shè)電源絕對處于穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)對仿真精度的要求不斷提高，這種假設(shè)顯然是越來越不能被接受的，于是 PI的研究分析也應(yīng)運(yùn)而生。從廣義上說，PI是屬于 SI 研究范疇之內(nèi)的，而新一代的信號(hào)完整性仿真必須建立在可靠的電源完整性基礎(chǔ)之上。雖然電源完整性主要是討論電源供給的穩(wěn)定性問題，但由于地在實(shí)際系統(tǒng)中總是和電源密不可分，通常把如何減少地平面的噪聲也作為電源完整性中的一部分進(jìn)行討論。
一．電源噪聲的起因及危害
造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個(gè)方面：一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大；二是電流回路上存在的電感。從表現(xiàn)形式上來看又可以分為三類：同步開關(guān)噪聲（SSN），有時(shí)被稱為Δi 噪聲，地彈（Ground bounce）現(xiàn)象也可歸于此類（圖 1-a）；非理想電源阻抗影響（圖 1-b）；諧振及邊緣效應(yīng)（圖 1-c）。

對于一個(gè)理想的電源來說，其阻抗為零，在平面任何一點(diǎn)的電位都是保持恒定的（等于系統(tǒng)供給電壓），然而實(shí)際的情況并不如此，而是存在很大的噪聲干擾，甚至有可能影響系統(tǒng)的正常工作，見圖 2：

開關(guān)噪聲給信號(hào)傳輸帶來的影響更為顯著，由于地引線和平面存在寄生電感，在開關(guān)電流的作用下，會(huì)造成一定的電壓波動(dòng)，也就是說器件的參考地已經(jīng)不再保持零電平，這樣，在驅(qū)動(dòng)端（見圖 3-a），本來要發(fā)送的低電平會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的噪聲波形，相位和地面噪聲相同，而對于開關(guān)信號(hào)波形來說，會(huì)因?yàn)榈卦肼暤挠绊憣?dǎo)致信號(hào)的下降沿變緩；在接收端（見圖3-b），信號(hào)的波形同樣會(huì)受到地噪聲的干擾，不過這時(shí)的干擾波形和地噪聲相位相反；另外，在一些存儲(chǔ)性器件里，還有可能因?yàn)楸旧黼娫春偷卦肼暤挠绊懺斐蓴?shù)據(jù)意外翻轉(zhuǎn)（圖 3-c）。

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