硬件電(diàn)路设计需要電(diàn)源完整性

2020-03-22

在硬件電(diàn)路设计中，電(diàn)源完整性非常重要。因现代PCB上的電(diàn)路需要電(diàn)压和電(diàn)流保持在其供電(diàn)网络（PDN）内的所需水平，且变化很(hěn)小(xiǎo)。波动太大的功率会破坏信号的预期性能(néng)，并产生错误的响应。

当您尝试查找和纠正这些问题时，此类问题可(kě)能(néng)会在调试阶段引起您大量的精力。為(wèi)了避免这些麻烦，重要的是要创建一个具有(yǒu)良好PDN的硬件電(diàn)路设计。但是，在进入该池的最深层之前，您应该首先了解什么是電(diàn)源完整性。我们将在这里简要介绍硬件電(diàn)路设计中的電(diàn)源完整性的基础知识，以帮助您入门。

電(diàn)源完整性：為(wèi)组件供電(diàn)

電(diàn)路板上的不同设备都需要向其供電(diàn)。多(duō)年以前，電(diàn)路板上的通用(yòng)集成電(diàn)路（IC）设备只有(yǒu)一个電(diàn)源和一个接地引脚。那时為(wèi)印刷電(diàn)路板提供電(diàn)源网络很(hěn)容易。您只需在板层堆叠中创建一架用(yòng)于供電(diàn)的飞机和一架用(yòng)于接地的飞机。然后，您可(kě)以将IC的電(diàn)源和接地引脚连接到适当的平面，插入一些旁路電(diàn)容，然后保存！大功告成 然而，如今，PCB中使用(yòng)的复杂IC的電(diàn)源需求变得更加复杂。

现在的電(diàn)路板仍将具有(yǒu)電(diàn)源和接地平面，但是管理(lǐ)電(diàn)源传输网络比将IC的電(diàn)源和接地引脚简单连接到它们要复杂得多(duō)。每个IC将需要提供严格控制以符合其電(diàn)源要求的電(diàn)源。電(diàn)路板上良好的電(diàn)源传输网络的目标是提供稳定的参考電(diàn)压，并以可(kě)接受的噪声和容忍水平将功率分(fēn)配给所有(yǒu)设备。仔细管理(lǐ)電(diàn)路板上所有(yǒu)设备的電(diàn)源，以保持一致的電(diàn)压水平，这就是所谓的電(diàn)源完整性。

仔细设计硬件電(diàn)路的電(diàn)源和接地层对于良好的電(diàn)源完整性至关重要

实现良好的電(diàn)源完整性的挑战

当板上的设备本质上更简单，只有(yǒu)一个電(diàn)源和一个接地连接时，噪声容忍度就不那么严格了。使用(yòng)额外的電(diàn)容器可(kě)以轻松控制过多(duō)的噪声。这些设备中的开关速度也不会产生与当今高速设备相同的问题。

如今，随着处理(lǐ)器芯片采用(yòng)大型球栅阵列（BGA）封装，对功率的要求更加严格。这些设备中有(yǒu)数百个電(diàn)源和接地引脚，每个设备可(kě)能(néng)需要多(duō)个電(diàn)源電(diàn)压，其中一些電(diàn)压会降低到一伏以下。这些引脚还為(wèi)处理(lǐ)器完成工作时拉动了许多(duō)安培電(diàn)流，而要提供“干净”的電(diàn)源，则需要庞大的電(diàn)容器网络。

為(wèi)了理(lǐ)解所有(yǒu)这些工作原理(lǐ)以及如何更好地满足这些复杂设备的電(diàn)源需求，对電(diàn)源完整性的研究变得非常重要。在電(diàn)路板上创建良好的電(diàn)源完整性意味着了解電(diàn)源将如何通过硬件電(diàn)路设计的PDN传播。这包括从電(diàn)源到布線(xiàn)和过孔，電(diàn)源和接地层对，電(diàn)容器以及设备本身的所有(yǒu)内容。

板层堆叠中的電(diàn)源平面配置对于電(diàn)源完整性也很(hěn)重要

其他(tā)電(diàn)源和地面问题

電(diàn)源完整性还与電(diàn)源传输网络的其他(tā)一些问题联系在一起。其中一些包括：

接地反弹：也称為(wèi)同时切换噪声或SSN，当许多(duō)信号同时切换时会发生接地反弹。当处理(lǐ)器写入内存，并且数据信号全部同时切换时，可(kě)能(néng)会发生这种情况。如果信号由于切换的速度而没有(yǒu)完全回到参考地電(diàn)平，则它们会在信号上方“反弹”。这种地面反弹噪声会产生错误的开关，并有(yǒu)可(kě)能(néng)破坏或关闭设备。

電(diàn)源纹波：電(diàn)源的开关特性会引起電(diàn)源纹波。这些纹波可(kě)能(néng)会在相邻電(diàn)路中产生串扰，从而损害信号的准确性。再次，这可(kě)能(néng)导致電(diàn)路中断。

電(diàn)磁干扰（EMI）：如果未正确配置，如何在硬件電(diàn)路设计堆叠中布置電(diàn)源平面会导致EMI问题。電(diàn)源和接地层可(kě)以通过屏蔽信号层来帮助防止EMI影响信号层的性能(néng)，但前提是信号层位于这些层之间。

返回路径：必须设计電(diàn)路板的平面，以保留好的信号返回路径。不幸的是，電(diàn)源要求通常会留下大量的孔用(yòng)于连接通孔和缝合通孔，并且多(duō)个電(diàn)源可(kě)能(néng)会决定需要分(fēn)离平面。所有(yǒu)这些都可(kě)能(néng)阻碍信号的良好返回路径，从而导致信号完整性较差。

所有(yǒu)这些问题都必须与硬件電(diàn)路设计分(fēn)析一起考虑，以确保良好的電(diàn)源完整性。上面概述的许多(duō)问题都可(kě)以通过战略性地放置電(diàn)容器和電(diàn)阻器以及精心布置的電(diàn)源平面来解决。

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