板级电源完整性设计与分析28页PPT

电源完整性分析

电源完整性设计详解解电源完整性设计详电源完整性设计详解？1、为什么要重视电源噪声问题为什么要重视电源噪声问题？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。

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。

2、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。

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。

电源完整性设计指导

电源、地平面的功能与设计原理............................................................................................. 20 2.1 电地平面的阻抗与滤波功能.....................................................................................21 2.1.1 电地平面地目标阻抗......................................................................................... 21 2.1.2 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 目标阻抗的获得..................................................................................................21 电地平面的信号参考功能......................................................................................... 26 电地平面的 EMI 抑制 ................................................................................................ 28 PCB 叠层的处理：.............................................................................................28 PCB 分割、布局、布线和电源平面分配问题 ...............................................28 地平面地划分和处理......................................................................................... 29 地电平面谐振地处理......................................................................................... 30 电源滤波的处理..................................................................................................31 其他与 EMI 密切相关的问题 ........................................................................... 31

电路板级的信号完整性问题和仿真分析

电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。

信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。

由于电子产品向高速、微型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。

常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。

这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，找到解决它们的一些途径。

传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计的效率。

使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高产品的设计效率。

这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。

关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-0320世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。

随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。

特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。

但同时却给电子设计带来一个新的问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理越来越快的信号。

这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。

为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。

元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。

但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。

板级电源完整性设计与分析

影响旁路电容器工作性能因素
等效串联电阻（ESR）：电容器电极是由电导率有限的导体组成，所以电容器存在与其本身有关的阻抗成为等效电阻。等效串联电感（ESL）：时变电流流过电容器产生磁场所引起的电感成为电容器的等效串联电感。 ESL与电容器电容之间的相互作用产生谐振。当频率低于谐振频率时电容器表现为容性，而当频率高于谐振频率时则表现为感性。谐振频率公式：f=1/（2π LC ）
电路板级电源完整性设计
电源配送中的问题
供电电源（电压和电流的源端）通常体积很大，不能直接接到IC的Vdd 和Gnd端。因此，不得不用具有电阻和电感的连线互联到一起。流过这些导线的电流在IC的Vdd和Gnd端引发了包括直流压降和时变电压波动等问题，这对IC内部晶体管电路都是有害的。所以，必须在供电电源和IC之间建立一个合适的电源配送网络（PDN），及时调节供电电压，使得在要求的时间区间内能够为IC提供足够的电流。IC端电源的电压波动成为电源噪声，IC工作过程中内部晶体管处于开关工作模式，将会导致这种噪声，所以也叫开关噪声。该噪声将会导致以下问题： IC端电压的降低将减慢或阻止内部晶体管状态切换； IC端电压的升高将引发可靠性问题；导致时序电路波形失真；
Z频率曲线
处理器PDN目标阻抗发展趋势
电路板级电源完整性设计
PDN的设计阻抗和噪声电压
如下图供电电压为2V，要满足5%容限、10A平均电流，则目标阻抗为10mΩ 。电源到电容器的分布电阻和电感分别为3mΩ 和320pH。当电流从电源流到电容器（通过互联）对电容器充电时，分布电阻和分布电感导致阻性和感性压降。电容器参数为：等效串联电阻（ESR） =10mΩ ,等效串联电感（ESL）=1nH，C=100UF,其谐振频率 f=1/（2π LC ）=0.5MHZ

电源完整性设计

电容对于交流信号呈现低阻抗特性，因此加入电容，实际上就是降低了电源系统的交流阻抗。瞬态电流的剧变也要使得电压变化很小，这就要求阻抗足够低。事实上，电源分配系统设计的原则便是使阻抗最小。
从储能的角度来理解电源退耦，非常直观易懂，但是对电路设计帮助不大。从阻抗的角度理解电容退耦，能让我们的设计有章可循。
从电源系统的角度进行去耦设计
不同容值的电容并联
反谐振
A.不同容值的电容并联，其阻抗特性曲线的底部要比相同容值并联阻抗曲线的底部平坦，因而能更有效地在很宽的频率范围内减小阻抗。 B.在反谐振频率点处会产生EMI问题，合理的选择电容，尽可能的压低反谐振点处的阻抗。
从电源系统的角度进行去耦设计
合理选择电容组合
相同容值的电容并联
使用很多电容并联能有效地减小阻抗。63 个0.0316uF的小电容（每个电容ESL为1nH）并联的效果相当于一个具有0.159nH ESL 的1.9908uF 的电容。
从电源系统的角度进行去耦设计
单个电容
并联电容
单个电容及并联电容的阻抗特性如图所示。并联后仍有相同的谐振频率，但是并联电容在每一个频率点上的阻抗都小于单个电容。要在很宽的频率范围内满足目标阻抗要求，需要并联大量的同值电容。
从电源系统的角度进行去耦设计
电容的去耦半径
理解去耦半径可以通过考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系感知源自压波动电源平面的电压波动
去耦电容
放电补偿
去耦电容感知电压波动和放电到波动区域，都有时间延迟，因而便有相位上的不一致。特定的电容，对与它自谐振频率相同的噪声补偿效果最好，我们以这个频率来衡量这种相位关系。补偿电流：。自谐振频率为f，对应波长为λ，A是电流幅度， R为需要补偿的区域到电容的距离，C为信号传播速度。 R=λ/4时，电流和噪声源完全反相，补偿能量无法到达，去耦作用消失。 R=0时，全补偿。要求R远小于λ/4，经验数据是λ/40~ λ/50.

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ＳＳＮ是由于突变的电流流过封装结构的引脚、引线和焊盘等寄生电感所导致。

如芯片的多个输出管脚同时触发时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（０Ｖ）上产生电压波动，此波动对其他共电源／地总线的静态驱动将构成严重的干扰，甚至引起误触发。

板级电源完整性设计与分析共28页

谢谢！Biblioteka 板级电源完整性设计与分析16、自己选择的路、跪着也要把它走完。 17、一般情况下)不想三年以后的事，只想现在的事。现在有成就，以后才能更辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须充满光明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的人只能引为烧身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 ——刘向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。 ——海贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿

电源完整性设计详解

电源完整性设计详解目录1 为什么要重视电源噪声问题？....................................................................- 1 -2 电源系统噪声余量分析................................................................................- 1 -3 电源噪声是如何产生的？............................................................................- 2 -4 电容退耦的两种解释....................................................................................- 3 -4.1 从储能的角度来说明电容退耦原理。

..............................................- 3 -4.2 从阻抗的角度来理解退耦原理。

......................................................- 4 -5 实际电容的特性............................................................................................- 5 -6 电容的安装谐振频率....................................................................................- 8 -7 局部去耦设计方法......................................................................................- 10 -8 电源系统的角度进行去耦设计..................................................................- 12 -8.1 著名的Target Impedance（目标阻抗）..........................................- 12 -8.2 需要多大的电容量............................................................................- 13 -8.3 相同容值电容的并联........................................................................- 15 -8.4 不同容值电容的并联与反谐振（Anti-Resonance）......................- 16 -8.5 ESR对反谐振（Anti-Resonance）的影响......................................- 17 -8.6 怎样合理选择电容组合....................................................................- 18 -8.7 电容的去耦半径................................................................................- 20 -8.8 电容的安装方法................................................................................- 21 -9 结束语..........................................................................................................- 24 -电源完整性设计详解1、为什么要重视电源噪声问题？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。

Cadence-PDN电源完整性分析

Cadence PDN电源平面完整性分析——孙海峰随着超大规模集成电路工艺的发展，芯片工作电压越来越低，而工作速度越来越快，功耗越来越大，单板的密度也越来越高，因此对电源供应系统在整个工作频带内的稳定性提出了更高的要求。

电源完整性设计的水平直接影响着系统的性能，如整机可靠性，信噪比与误码率，及EMI/EMC等重要指标。

板级电源通道阻抗过高和同步开关噪声SSN过大会带来严重的电源完整性问题，这些会给器件及系统工作稳定性带来致命的影响。

PI设计就是通过合理的平面电容、分立电容、平面分割应用确保板级电源通道阻抗满足要求，确保板级电源质量符合器件及产品要求，确保信号质量及器件、产品稳定工作。

Cadence PCB PDN analysis电源平面分析主要可以解决以下几个问题：板级电源通道阻抗仿真分析，在充分利用平面电容的基础上，通过仿真分析确定旁路电容的数量、种类、位置等，以确保板级电源通道阻抗满足器件稳定工作要求。

板级直流压降仿真分析，确保板级电源通道满足器件的压降限制要求。

板级谐振分析，避免板级谐振对电源质量及EMI的致命影响等。

那么Cadence PCB PDN analysis如何对PCB进行电源平面完整性的分析？接下来，我将以一个3v3如下图所示的电源平面为例，来进行该平面的电源平面分析。

对图中3v3电源平面进行完整性分析，具体步骤将作详细解析。

在对该电源平面进行分析之前，我们需要首先确定PCB参数的精确，如：电源平面电平Identify DC Nets、PCB叠层参数Cross-Section等，这些参数都必须和PCB板厂沟通（板厂对叠层参数生产能力不同），在此基础上精确参数方能得到精确的分析结果。

这些参数也可以在PDN Analysis分析界面上点击Identify DC Nets，Cross-Section来调整优化。

1. 认识PCB PDN analysis分析界面调用Allegro PCB PDN Option或者Allegro SI-GXL的license打开PCB设计分析界面，然后在该界面中执行Analyze/PDN Analysis命令即可打开PDN分析界面。

电源完整性设计

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。

从技术的发展角度来看，器件的上升沿将只会减少，总线的宽度将只会增加。

保持地反弹在可接受的唯一方法是减少电源和地分布电感。

电源的完整性培训

电源的完整性培训概要•1，电源完整性的定义•2，电源传输系统的阻抗•3，电源传输系统的噪声•4，电源传输系统中的电容•5，一般的设计原则电源完整性的定义•电源完整性：简称PI(power integrity)，指在高速系统中，电压在整个电源传输系统上保持稳定。

电源传输系统（PDS power deliver system）在不同频率上，阻抗特性不同，使PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处不尽相同，从而造成供电不连续，产生电源噪声，使芯片不能正常工作；同时由于高频辐射，电源完整性问题还会带来EMC/EMI问题。

电源系统的阻抗•电源系统的阻抗：理想电源的阻抗为0，0阻抗保证了源端电压与负载端电压一致，而实际的系统中因为电感的存在导致了负载端电压的波动，如下图：电源系统的阻抗•电源平面的阻抗计算公式：电源平面的电感：电源平面的电容：上面的电源阻抗计算公式是在没有考虑平面谐振的情况下得出的。

•电源平面的目标阻抗：电源平面的目标阻抗•Ztarget目标阻抗•Power Supply Voltage是工作电压•Allowed Ripple 是允许的工作电压纹波系数•Current 是工作电流•如1.8V的工作电流2A，允许的纹波系数5％，那么它的目标阻抗为：•平面的谐振•电源、地平面可以看作一个电容器，但是在高频时，由于分布电感ESL的影响，电源、地平面相当于一个谐振腔，具有谐振特性，而且自谐振频率是物理结构函数，在其谐振频率上将表现出很高的阻抗，如果信号工作频率或者其高次谐波正好在这个谐振频率上，那么整个系统就是一个巨大的干扰辐射源。

平面的谐振•平面谐振的示意图：电源传输系统的噪声电源系统噪声大略有以下几种：•纹波与开关电源高频干扰噪声•同步开关噪声•非理想电源平面阻抗的影响•电源平面的谐振效应•电源地反弹•大功率模拟电路如功放、大电流继电器等同步开关噪声•同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise，简称SSN）：是指当器件处于开关状态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，所以也称为Δi噪声。

电源完整性理论基础

电源完整性理论基础电源完整性理论基础之一2010-05-23 16:30:53 来源：PCB技术网浏览：134次内容提要：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。

5.1 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1-5-1）；非理想电源阻抗影响（图1-5-2）；谐振及边缘效应（图1-5-3）。

系数k为0.2249（单位为英寸）或0.884（单位为厘米），εr指介质的介电常数（真空为1，FR-4材料在4.1~4.7之间），A指铺铜平行部分的总面积，d指电源和地之间的距离。

信号完整性与电源完整性的详细分析

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。

在信号完整性中，目标是消除关于信号质量、串扰和定时的问题。

所有这些类型的分析都。

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板级电源完整性设计与分析
21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you

电源完整性仿真与EMC分析培训讲学

电源完整性仿真与E M C分析高速PCB的信号/电源完整性仿真与EMC分析摘要本文以高速系统的信号/电源完整性分析和EMC分析的为基本出发点，着重介绍了高速PCB的信号和电源完整性分析的基本要领和设计准则，通过EDA分析工具实现PCB的建模与参数提取；通过电磁场分析工具完成网络参数定量分析，从最基本的设计方法入手，提出了高速PCB的信号/电源系统设计参数优化方案，指出了信号/电源完整性仿真设计和EMC设计的内在联系，最后介绍了利用EDA仿真工具和EMC测试验证相结合解决单板PCB设计的EMI问题的成功范例，希望本文总结的经验能给予正在从事高速系统仿真的设计开发人员和EDA设计人员解决此类问题的基本思路与方法。

关键词非理想化电容建模、信号/电源完整性分析、EMC分析、应用举例、问题总结引言当今的高速PCB设计领域，由于芯片的高集成度使PCB的布局布线密度变大，同时信号的工作频率不断提高,信号边沿(Tr)的不断变陡，由此而引发的信号完整性和电源完整性问题给EDA设计人员和硬件开发人员带来前所未有的挑战，信号/电源完整性问题处理不当同时会带来一系列的EMC问题，给产品的可靠性造成危害。

目前，基于Cadence公司SQ的板级与系统级互连仿真已经在公司各事业部广泛应用，在硬件设计流程中引入了SI/PI/EMI的仿真分析环节。

网络南研的信号/电源完整性仿真的最新进展表明：信号完整性与电源完整性分析做的较成功的PCB，电磁兼容性（EMC）也明显改善。

信号/电源完整性分析通过对PCB的信号互连与电源分配系统（PDS）分析，使用EDA与电磁场分析软件找出PCB的噪声点并加以抑制，通过PCB的优化设计改善层间噪声与电源层和地线层之间的阻抗。

降低信号的反射和串扰；改进信号的回流路径，降低电源分配系统阻抗，同步开关噪声，消除PCB上关键点和关键频率的谐振，合理放置去耦电容改善电源地的阻抗与谐振，使用屏蔽过孔等措施减小PCB的边缘辐射。

电源完整性设计案例分享

电源完整性设计案例分享主要内容2• 电源完整性设计中的问题与挑战– 电源完整性的定义 – 电源完整性遇到的问题– 电源完整性设计中的挑战• 电源完整性问题分类– 压降和噪声• PI问题分析– IR-Drop分析• DC压降分析 • 反馈点选取 • 过孔电流密度 • 铜皮载流量(计算)– PDN阻抗分析• 平面谐振分析 • PDN阻抗分析 • 电容的使用 • SSN问题• 总结什么电源完整性3• 什么是电源完整性？– 将电流从电源有效的输送到负载，满足电压输入波动要求。

– 为系统所有的信号线提供完整的回流。

• 电源完整性要求– 电压不随负载电流变动过大，保持在指定范围内 – 负载端看到的阻抗要足够小vRippleVot 输入电压并非理想的(Power Distribution System) PDSPower + Vs -VrippleLoad VLPI分析等效模型电源完整性问题4• 电源完整性的影响– 电源通路压降过大，负载端欠压无法正常启动 – 电源无法及时响应负载电流需求，负载无法正常工作 – 电源平面或者地平面噪声过大，造成内部逻辑错误 – 铜皮或者过孔载流量不够，局部发热量过大 – 局部负载去耦不够，影响其它模块工作 – 平面阻抗过大，信号无法回流，造成信号质量问题v Vot Vo局部去耦不足，导致器件内部逻辑翻转错误载流不足，局部发热过量，烧毁板子电源完整性问题5• PI问题同样会导致SI和EMI问题– 电源瞬态供电不足，会造成信号输出波动，减少信号余量，严重时造成SI问题 – 电源噪声在走线上以共模的形式传输，会造成严重EMI辐射。

– PI/SI/EMI遵循的是同一种电学定律，所以之间必然有联系和转换。

VddPDS + CL-电源传输信号传输电源噪声叠加到信号进行传输电源噪声导致共模电流增加EMI电源完整性带来的挑战• IC 工艺的发展给PI带来的挑战– 需求电压越来越低(<1.0V) – 电流需求量越来越大(>150A) – 核心频率增加 – 电源波动要求增加 – 发热问题• PCB布线的限制– 板子工作速度逐年提升 – 电流需求不断增大 – 板子密度增大，尺寸变小 – 去耦电容摆放空间不足 – 铜皮载流宽度受过孔走先限制 – 成本控制61.35V90nm1.15V 1.0V200A 150A65nm100A45nm 32nm0.65V 0.55V30A 60A80A28nm 20nm2004 2007 2010 2012 20133.125G 6.25G 8G 10G 14G 28G IO速度IC工艺尺寸不断减小，集成度不断提高，IO带宽的不断提升，PI设计越来越严峻。