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电源完整性分析(于争博士)

电源完整性设计

作者:于博士

一、为什么要重视电源噪声

芯片内部有成千上万个晶体管，这些晶体管组成内部的门电路、组合逻辑、寄存器、计数器、延迟线、状态机、以及其他逻辑功能。随着芯片的集成度越来越高，内部晶体管数量越来越大。芯片的外部引脚数量有限，为每一个晶体管提供单独的供电引脚是不现实的。芯片的外部电源引脚提供给内部晶体管一个公共的供电节点，因此内部晶体管状态的转换必然引起电源噪声在芯片内部的传递。

对内部各个晶体管的操作通常由内核时钟或片内外设时钟同步，但是由于内部延时的差别，各个晶体管的状态转换不可能是严格同步的，当某些晶体管已经完成了状态转换，另一些晶体管可能仍处于转换过程中。芯片内部处于高电平的门电路会把电源噪声传递到其他门电路的输入部分。如果接受电源噪声的门电路此时处于电平转换的不定态区域，那么电源噪声可能会被放大，并在门电路的输出端产生矩形脉冲干扰，进而引起电路的逻辑错误。芯片外部电源引脚处的噪声通过内部门电路的传播，还可能会触发内部寄存器产生状态转换。

除了对芯片本身工作状态产生影响外，电源噪声还会对其他部分产生影响。比如电源噪声会影响晶振、PLL、DLL的抖动特性，AD转换电路的转换精度等。解释这些问题需要非常长的篇幅，本文不做进一步介绍，我会在后续文章中详细讲解。

由于最终产品工作温度的变化以及生产过程中产生的不一致性，如果是由于电源系统产生的问题，电路将非常难调试，因此最好在电路设计之初就遵循某种成熟的设计规则，使电源系统更加稳健。

二、电源系统噪声余量分析

绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%。例如：对于3.3V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在3.13V到3.47V之间，或3.3V±165mV。对于1.2V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在1.14V到1.26V之间，或1.2V±60mV。这些限制可以在芯片datasheet中的recommended operating conditions部分查到。这些限制要考虑两个部分，第一是稳压芯片的直流输出误差，第二是电源噪声的峰值幅度。老式的稳压芯片

SIwave电源完整性仿真教程

SIwave电源完整性仿真教程V1.0

1软件介绍 (2)

2.1功能概述 (2)

2.2操作界面 (3)

2.3常用热键 (4)

2仿真的前期准备 (5)

2.1软件的准备 (5)

2.2 PCB文件导入 (5)

2.2.1 Launch SIwave方式 (5)

2.2.1 ANF+CMP方式 (6)

2.3 PCB的Validation Check (8)

2.4 PCB叠层结构设置 (11)

2.5仿真参数设置 (12)

2.6 RLC参数修正 (13)

2.6.1 RLC的自动导入 (13)

2.6.2检视自动导入的RLC默认值 (15)

2.6.3批量修改RLC值 (18)

2.6.4套用大厂的RLC参数 (19)

3 SIwave仿真模式 (20)

3.1谐振模式 (20)

3.2激励源模式 (25)

3.3 S参数分析 (30)

4实例仿真分析 (32)

4.1从Allegro中导入SIwave (32)

4.2 Validation Check (33)

4.3叠层结构设置 (34)

4.4无源参数RLC修正 (34)

4.5平面谐振分析 (37)

4.6目标阻抗（Z参数）分析 (40)

4.7选取退耦电容并添加 (44)

4.8再次运行仿真查看结果 (45)

5问题总结 (47)

5.1 PCB谐振的概念 (47)

5.2为何频率会有实部和虚部 (48)

5.3电容的非理想特性影响 (48)

5.4地平面完整与回流路径连续 (49)

5.5电源目标阻抗 (49)

1软件介绍

2.1功能概述

Ansoft SIwave主要用于解决电源完整性问题，采用全波有限元算法，只能进行无源的仿真分析。Ansoft SIwave虽然功能强大，但并非把PCB导入，就能算出整块板子的问题在哪里。还需要有经验的工程设计人员，以系统化的设计步骤导入此软件检查PCB设计。主要功能如下：

电源完整性设计

一、电源完整性定义

电源完整性是指电源波形的质量，研究的是电源分配网络(PDN)，并从系统供电网络综合考虑，消除或者减弱噪声对电源的影响。

电源完整性的设计目标是把电源噪声控制在运行的范围内，为芯片提供干净稳定的电压，并使它能够维持在一个很小的容差范围内(通常为5%以内)，实时响应负载对电流的快速变化，并能够为其他信号提供低阻抗的回流路径。

在高度集成的电子产品中，电源系统的设计占到了设计工作量的50%左右；对于复杂的FPGA类型的产品应用，在电路中常常会达到15～30路不同的电源。

电源完整性的目的就是给系统提供持续、稳定、干净的电源，保证系统稳定的工作。在数字系统中，使信号完整性满足系统设计的要求也需要有一个非常稳定的电源系统，但是又不能使电源系统超标。所以在设计电源完整性时，不仅仅关注的是去耦电容，还需要关注电源完整性、信号完整性和电磁兼容性这个“生态系统”，尤其是要考虑高度集成化的数字电路对电源完整性的影响。

二、电源完整性概览

电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。

在电路板层面的电源完整性要达到以下三个需求：

1.使芯片引脚的电压噪声+电压纹波比规格要求要小一些（例如芯片电源管脚的输入

电压要求1V 之间的误差小于+/-50 mV）；

2.控制接地反弹（地弹）（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。

电源噪声来源

电源完整性分析及应用

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｉｏｔｎｎｅｗｏｔｒｋ；ｔａｒｇｅｔｉｍｐｅｄａｎｃｅ；ｒｅｓｏｎａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
路设计中起到至关重要的作用。
摘要：由于同步开关所产生的噪声电流，电源完整性问题如今已成为制约整个高速数字系统性能的
一
个关键因素。电源分配网络构成了高速数字系统最庞大最复杂的互连，约占全部互连空间的３０％－４０％。
系统中所有的器件都直接或间接地连接到电源分配网络上，因此电源分配网络设计与电源完整性分
析是数字系统中最复杂的部分。电源分配网络是高速数字设计的核心，直接影响电源完整性、信号
完整性和电磁完整性等系统的性能。着重阐述了电源分配网络及频域目标阻抗法，并结合实际设计进行电源完整性的仿真分析。
关键宇：电源分配网络；目标阻抗；谐振分析
Baidu Nhomakorabea
ｎｔｉｅｇｒｉｔｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｇｔｉｃｉｎｔｅｇｒｉｙｔａｎｄｏｔｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｈｅｔｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

电源完整性总结

1、电源系统噪声余量分析

绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%，。老式的稳压芯片的输出电压精度通常是±2.5%，因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。精

度是有条件的，包括负载情况，工作温度等限制，因此要有余量。

电源噪声余量计算

比如芯片正常工作电压范围为3.13V 到3.47V 之间，稳压芯片标称输出3.3V。安装到电路板上后，稳压芯片输出3.36V。那么容许电压变化范围为3.47-3.36=0.11V=110mV。稳压芯片输出精度±1%，即±3.363*1%=±33.6 mV。电源噪声余量为110-33.6=76.4 mV。

2、电源噪声是如何产生

第一，稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹。

第二，稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源芯片通过感知其输出电压的变化，调整其输出电流，从而把输出电压调整回额定输出值。

第三，负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降，，引脚及焊盘本身也会有寄生电感存在，瞬态电流流经此路径必然产生压降，因此负载芯片电源引

脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，这就是阻抗产生的电源噪声。

3、电容退耦

采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源分配系统的阻抗都非常有效。

3.1、从储能的角度来说明电容退耦原理

当负载电流不变时，其电流由稳压电源部分提供，即图中的I0，方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致，电流I c 为0，电容两端存储相当数量的电荷，其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时，由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快，必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化，因此，电流I0 不会马上满足负载瞬态电流要求，因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同，因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流，此时电容对负载放电，电流I c 不再为0，为负载芯片提供电流。只要电容量C 足够大，只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载态电流的要求。

高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析

1.引言

随着电子设备的不断发展，电源分配网络的设计和电源完整性分析变得越来越重要。在高速电路中，如何设计合理的电源分配网络，以保证信号传输的可靠性和性能稳定性成为了工程师们关注的焦点。本文将介绍高速电路电源分配网络设计的基本原则，并对电源完整性进行深入分析。

2.电源分配网络设计原则

2.1 直流电源设计

直流电源是高速电路中不可或缺的一部分，其设计应考虑到各种电压通道的需求。在布局设计上，应尽量缩短电源线的长度，减小线路的阻抗。对于不同的电源通道，应避免线路交叉和共用问题，以减少噪声的干扰。

2.2 平面分布设计

平面分布设计是电源分配网络中常用的方式之一。该设计通过将不同功能模块的电源线放置在不同的平面上，可以降低信号之间的互相干扰。在平面分布设计中，还应尽量减少电源和地线的共享，以避免信号回路的产生。

2.3 良好的接地设计

接地设计在电源分配网络中起着至关重要的作用。良好的接地设计可以减小信号传输过程中的回路干扰，并提供稳定的电源供电。在接地设计中，应采用低电阻接地的方法，确保接地的可靠性和稳定性。

3.电源完整性分析

3.1 电源噪声

在高速电路中，电源噪声是一个不可忽视的问题。电源噪声可以通过电源分配网络的设计来减小。在电源分配网络中，应采取有效的滤波措施，尽量降低电源的噪声水平。对于高频噪声，可以采用电容滤波器进行滤波处理。

3.2 电源电压稳定性

电源电压的稳定性对高速电路的性能稳定性具有重要影响。在电源分配网络设计中，应特别关注电源线的阻抗匹配，以确保电源电压的稳定性。此外，还应根据电路的功耗和供电需求，选择合适的电源线和供电元件。

电源完整性

Capacitive by discrete decoupling capacitor
Capacitive by power/ground capacitor
Capacitor on chip CHIP
impedance
VRM
PCB antiresonant PKG
Target impedance
inductive kHz
電源完整性
郭珮甄
PDN路徑設計

為了使封裝系統能供給晶片良好的電源，電源網路配送系統的設計非常重要設計的準則以整體PDN阻抗低於目標阻抗為主能滿足負載最大瞬態電流供應，且電壓變化不超過最大容許波動範圍的情況下，電源系統自身阻抗的最大值為目標阻抗

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PDN複阻抗特性

PDN的阻抗並不固定，阻抗隨著頻率變化而有所改變，分為三個部分kHz、MHz、GHz
Resonant
MHz
Inductive by ESL or via、trace
GHz Inductive by ESL or via、trace
frequency

电源完整性分析的十个经验

电源完整性分析的十个阅历“在数字设计中，有三种频繁的电源：、线性电源和电源分布网络。”是德科技数字测试业务部大中华区市场经理杜吉伟表示，“随着电路速度加快，工程师分为两大类：一类是正遇见电源完整性问题的，另一类是即将遇到电源完整性问题的。”对于开关电源和线性电源的测试，杜吉伟认为有两项测试向来没有普及：一是电源纹波抑制比，二是控制环路波特图测试。他共享了这一容易但工程师未必认识的测试技术和计划。对于一次和二次电源，纹波噪声等的要求越来越严格。工程师濒临两个问题，一是手边的测试工具（比如1:1、10:1探头、各种不同前端附件、用过的、没用过的、不同衔接方式和衔接环境）有没有得到最大化的优化用法？发挥了最大的功效，对于个别要求严格的场合，假如现有工具不满足测试需求，目前有什么最新技术和产品解决，能解决到什么程度？杜吉伟从内部架构和示波器探头的角度研究了Keysight在电源完整性方面的十个测试技巧和技术以及最新产品。他指出，假如测量范围允许，最好选用1:1的探头，由于10:1探头会将本底噪声放大。此外，他还研究了在2GHz 频宽内，信号幅度小于10mV，甚至是1mV、10uV的测试。iTech电源测试解决计划可测试超过40项的电源参数不管是开关电源、各种、充电器还是任何一种电源，都需要经过各种测试和认证才干进入市场。输入、输出、庇护、时序/动态、稳定性等都是企业关注的重要参数，需要通过测试表现出电源的性能是否符合要求。艾德克斯（iTech）中国部技术支持工程师Serina表示，艾德克斯的电源测试解决计划不仅能够在功能与精度等方面满足传统测试计划可以满足的测试需求，还解决了传统测试计划所存在的缺陷。该公司针对更高端的测试需求举行了变革与创新，如可用于桌面用法的电源测试系统、模块化设计的电源测试计划等。中国电子创新信息网艾德克斯提供的电源测试解决计划是集高精准、全方位、完整性等独特优势于一身的。该公司测试解决计划能够测试超过40项常规以及特别的电源参数。艾德克斯提供系

电源完整性设计

在电路设计中，一般我们很关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整性上表现出来的，但我们绝不能因此忽略了电源完整性设计。因为电源完整性直接影响最终PCB 板的信号完整性。电源完整性和信号完整性二者是密切关联的，而且很多情况下，影响信号畸变的主要原因是电源系统。例如，地反弹噪声太大、去耦电容的设计不合适、回路影响很严重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理、电流不均匀等等。

1）电源分配系统电源完整性设计是一件十分复杂的事情，但是如何近年控制电源系统（电源和地平面）之间阻抗是设计的关键。理论上讲，电源系统间的阻抗越低越好，阻抗越低，噪声幅度越小，电压损耗越小。实际设计中我们可以通过规定最大的电压和电源变化范围来确定我们希望达到的目标阻抗，然后，通过调整电路中的相关因素使电源系统各部分的阻抗（与频率有关）目标阻抗去逼近。2）地反弹当高速器件的边缘速率低于0.5ns 时，来自大容量数据总线的数据交换速率特别快，当它在电源层中产生足以影响信号的强波纹时，就会产生电源不稳定问题。当通过地回路的电流变化时，由于回路电感会产生一个电压，当上升沿缩短时，电流变化率增大，地反弹电压增加。此时，地平面(地线)已经不是理想的零电平，而电源也不是理想

的直流电位。当同时开关的门电路增加时，地反弹变得更加严重。对于128 位的总线，可能有50_100 个I/O 线在相同的时钟沿切换。这时，反馈到同时切换的I/O 驱动器的电源和地回路的电感必须尽可能的低，否则，连到相同的地上

电源完整性讲解

电源完整性理论基础

------- 阿鸣随着PCB设计复杂度的逐步提高，对于信号完整性的分析除了反射，串扰以及EMI之外，稳定可靠的电源供应也成为设计者们重点研究的方向之一。尤其当开关器件数目不断增加，核心电压不断减小的时候，电源的波动往往会给系统带来致命的影响，于是人们提出了新的名词：电源完整性，简称PI(power integrity)。其实，PI和SI是紧密联系在一起的，只是以往的EDA仿真工具在进行信号完整性分析时，一般都是简单地假设电源绝对处于稳定状态，但随着系统设计对仿真精度的要求不断提高，这种假设显然是越来越不能被接受的，于是PI的研究分析也应运而生。从广义上说，PI是属于SI研究范畴之内的，而新一代的信号完整性仿真必须建立在可靠的电源完整性基础之上。虽然电源完整性主要是讨论电源供给的稳定性问题，但由于地在实际系统中总是和电源密不可分，通常把如何减少地平面的噪声也作为电源完整性中的一部分进行讨论。

一．电源噪声的起因及危害

造成电源不稳定的根源主要在于两个方面：一是器件高速开关状态下，瞬态的交变电流过大；二是电流回路上存在的电感。从表现形式上来看又可以分为三类：同步开关噪声（SSN），有时被称为Δi噪声，地弹（Ground bounce）现象也可归于此类（图1-a）；非理想电源阻抗影响（图1-b）；谐振及边缘效应（图1-c）。

对于一个理想的电源来说，其阻抗为零，在平面任何一点的电位都是保持恒定的（等于系统供给电压），然而实际的情况并不如此，而是存在很大的噪声干扰，甚至有可能影响系统的正常工作，见图2：

电源完整性分析-网际星空

本文始於2010年初，2011年開放閱覽，將說明PI不是只看Resonance、Target Impedance來下de-coupling cap.，或看IR drop而已，應先避免電源\地平面不當分割，再下電容加強改善Target Impedance，才是較好的設計方式。另外還以實例說明做PI模擬時，電容模型輸入正確寄生電感值的重要性，以及分地與合地設計時，近場的差異。

1.Verification of board import

1.1 check stack-up

1.2 check net

1.3 check circuit element

2.Resonant mode analysis

2.1 未修改前，原分地、分power

2.2 部分power plane合併(已合地)

2.3 加de-coupling電容(已合地、合power)

3.Target Impedance

3.1 VDD3.3V for general IO

3.2 RF_VDD33

4.Voltage Drop (IR drop)

4.1 Generate sources and sinks

4.2 Meshing

4.3 Plotting and analyzing results

4.3.1. 原分地、分電源

4.3.2. 合地、合電源後

5.案例分析-- DCDC noise couple

5.1 模擬方法描述

5.2 模擬結果

5.2.1 電流分佈密度

5.2.2 近場強度分佈

6.問題與討論

6.1 為何在數MHz低頻存在resonant頻點?

电源完整性基础讲解

1.从信号完整性角度分析电源

将SI以大类来看，其SI&PI&EMI三者的关系：

2.电源完整性系统框图

3.电源分配网络PDN讲解：

电源完整性（PI）更关注于电源路径及终端，也就是电源分配网络（PDN）。从源端稳压模块（VRM）经过路径（单层直达或过孔转换的几个层面），到达终端，最终流向使用芯片或经过线缆到使用设备。

电源路径与信号路径是有区别的，电源分配网络中一个电源路径可以在一个节点分成多个路径，或者说转换成多个电源，终端挂多个元器件，可以理解为一对多。

而信号路径只能一对一。

既然电源分配网络是为终端设备提供所需电源，那就是有要求，就需要对电源分配网络管控。如信号路径，除了保证返回电流，还要尽量保证返回路径的低阻抗。由于是一对多的情况，这样的管控，才能保证返回电流不相互重叠，不会发生地弹，即尽量避免开关噪声（SSN）。

基本要求是，保证供电电压稳定，至少能够维持在一个很小的容差范围内，通常在+/-5%以内。电源的测试中有纹波测试，这个纹波测试标准就是+/-5%。讲到返回电流，这里就要分为直流部分和交流部分。

直流部分：

终端设备需要稳定的电压输出，电源分配网络互连之间串联电阻的存在，直流部分通过，就会产生压降，通常称为IR 压降。当电流发生波动时，压降也会随之波动，从而影响终端设备的识别。之前的USB设备好像最低电压值4.75 V。

交流部分：

当交流电流通过电源路径时，电源分配网络上也将产生电压降，这个压降会随着频率发生变化：

电源路径的不同（层数&Shape宽度等），造成的压降变化是不同的，输出稳定电压到终端的难度很大，我们所要做的只是保证电压的变化在一定的

电源完整性设计

在电路设计中，一般我们很关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整性上表现出来的，但我们绝不能因此忽略了电源完整性设计。因为电源完整性直接影响最终PCB板的信号完整性。电源完整性和信号完整性二者是密切关联的，而且很多情况下，影响信号畸变的主要原因是电源系统。例如，地反弹噪声太大、去耦电容的设计不合适、回路影响很严重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理、电流不均匀等等。

（1）电源分配系统

电源完整性设计是一件十分复杂的事情，但是如何近年控制电源系统（电源和地平面）之间阻抗是设计的关键。理论上讲，电源系统间的阻抗越低越好，阻抗越低，噪声幅度越小，电压损耗越小。实际设计中我们可以通过规定最大的电压和电源变化范围来确定我们希望达到的目标阻抗，然后，通过调整电路中的相关因素使电源系统各部分的阻抗（与频率有关）目标阻抗去逼近。

（2）地反弹

当高速器件的边缘速率低于0.5ns时，来自大容量数据总线的数据交换速率特别快，当它在电源层中产生足以影响信号的强波纹时，就会产生电源不稳定问题。当通过地回路的电流变化时，由于回路电感会产生一个电压，当上升沿缩短时，电流变化率增大，地反弹电压增加。此时，地平面(地线)已经不是理想的零电平，而电源也不是理想的直流电位。当同时开关的门电路增加时，地反弹变得更加严重。对于128位的总线，可能有50_100个I/O线在相同的时钟沿切换。这时，反馈到同时切换的I/O驱动器的电源和地回路的电感必须尽可能的低，否则，连到相同的地上的静止将出现一个电压毛刷。地反弹随处可见，如芯片、封装、连接器或电路板上都有可能会出现地反弹，从而导致电源完整性问题。

电源完整性分析与设计

的电压。多数数字电路元器件对工作电压都是当该谐振位置有激励源时，就会发生谐振，如
有一定要求的，电源波动范围需要满足其可接果参考回路正好经过平面谐振点时，就会将谐
受的正常工作电压范围。电源之所以波动的主要原因就是其传输线、平面存在阻抗，使得在瞬间电流通过的时候产生压降和电压摆动。而
减小等原因，使得电源完整性的问题凸显出来，如ＥＭＣ噪声变大、芯片的使用寿命变短、ＰＣＢ板的可靠性和安全性变差等，从而在某
的正常工作电压，为此控制该阻抗（电源目标阻抗）也就成了最主要的目的。
４电源系统的设计方法分析
影响电源供电系统特性的因素通常有：电源地平面的结构，叠层方式，电源模块的输出，管脚和过孔的位置以及去耦元件的布局等，
其中电容是ｐｃｂ中最为常见的去耦元器件，如
（３）选择电容时，要采用多种容量的选
体的分析方法由于建模较为复杂，本文不做详
细解释）
电源目标阻抗ｚ定义：
５小结
电源完整性在设计时的注意点简单的归纳下：

信号完整性与电源完整性的详细分析

最近在论坛里看到一则关于电源完整性的提问，网友质疑大家普遍对信号完整性很重视，但对于电源完整性的重视好像不够，主要是因为，对于低频应用，开关电源的设计更多靠的是经验，或者功能级仿真来辅助即可，电源完整性分析好像帮不上大忙，而对于50M -100M以内的中低频应用，开关电源中电容的设计，经验法则在大多数情况下也是够用的，甚至一些芯片公司提供的Excel表格型工具也能搞定这个频段的问题，而对于100M以上的应用，基本就是IC的事情了，和板级没太大关系了，所以电源完整性仿真，除非能做到芯片到芯片的解决方案，加上封装以及芯片的模型，纯粹做板级的仿真意义不大，真是这样吗？

其实电源完整性可做的事情还很多，下面就来了解了解吧。

信号完整性与电源完整性分析

信号完整性(SI)和电源完整性(PI)是两种不同但领域相关的分析，涉及数字电路正确操作。在信号完整性中，重点是确保传输的1在接收器中看起来就像1(对0同样如此)。在电源完整性中，重点是确保为驱动器和接收器提供足够的电流以发送和接收1和0。因此，电源完整性可能会被认为是信号完整性的一个组成部分。实际上，它们都是关于数字电路正确模拟操作的分析。

分析的必要性

如果计算资源是无限的，这些不同类型的分析可能不存在。整个电路将会被分析一次，而电路某一部分中的问题将会被识别并消除。但除了受实际上可仿真哪些事物的现实束缚之外，具有不同领域分析的优点在于，可成组解决特定问题，而无需归类为“可能出错的任何事物”。在信号完整性中，例如，重点是从发射器到接收器的链路。可仅为发射器和接收器以及中间的一切事物创建模型。这使得仿真信号完整性变得相当简单。另一方面，要仿真电源完整性可能有点困难，因为“边界”有点不太明确，且实际上对信号完整性领域中的项目具有一定的依赖性。

电源完整性

引言

电源完整性这一概念是以信号完整性为基础的，两者的出现都源自电路开关速度的提高。当高速信号的翻转时间和系统的时钟周期可以相比时，具有分布参数的信号传输线、电源和地就和低速系统中的情况完全不同了。

与信号完整性是指信号在传输线上的质量相对应，电源完整性是指高速电路系统中电源和地的质量。它在对高速电路进行仿真时，往往会因信号参考层的不完整造成信号回流路径变化多端，从而引起信号质量变差和产品的ＥＭＩ性能变差，并直接影响信号完整性。为了提高信号质量、产品的ＥＭＩ性能，人们开始研究怎样为信号提供一个稳定、完整的参考平面，并随之提出了电源完整性的概念。ＥＤＡ厂商Ｃａｄｅｎｃｅ公司资深技术工程师曾指

出，在未来的三到五年内，电源完

整性设计将取代信号完整性设计成

为高速ＰＣＢ设计新的难点和重点。

电源完整性的影响因素及措施

电源完整性的作用是为系统所

有的信号线提供完整的回流路径。

但在技术高速发展以及生产成本的

控制下，往往不能为所有的信号线

提供理想而完整的回流路径，这就

是说，在高速电路中，不能够简单

地将电源和地当作理想的情况来处

理。这主要是因为地弹噪声太大、

去耦电容设计不合理、回流影响严

重、多电源／地平面的分割不当、地

层设计不合理、电流分配不均匀、

高频的趋肤效应导致系统阻抗变化

等诸多因素都会破坏电源完整性。

地弹噪声

地弹噪声也称为同步开关噪声

（ＳＳＮ），通常认为是由电路的感应

引起的。当电路中有较大的瞬态电

流出现时（比如多条信号线上的信

号同时翻转），会在电路分布参数所

引起的感性阻抗上产生瞬态电压，

进而便引起ＳＳＮ。芯片封装结构的