如何实现电源PCB板完整性的设计
PCB设计中的数据完整性技术
PCB设计中的数据完整性技术PCB（Printed Circuit Board）设计中的数据完整性技术是确保信号传输的精确性、可靠性和稳定性的关键。
在当今高速电子设备的发展中，PCB设计中的数据完整性问题变得越来越重要。
本文将介绍几种常见的数据完整性技术，并探讨它们在PCB设计中的应用。
一、信号完整性的重要性在现代电子设备中，信号传输速率越来越快，通信距离也越来越长。
高速信号传输对于设备的性能和稳定性至关重要。
因此，确保信号的完整性成为了PCB设计的关键问题。
信号完整性的主要目标是解决信号的失真、串扰和延迟等问题。
信号失真会导致数据传输错误、时序问题，而信号串扰则可能干扰到其他信号线，甚至导致整个电路的故障。
同时，信号的延迟也会影响信号的稳定传输。
二、数据完整性技术介绍1.电磁兼容性（EMC）设计技术电磁兼容性是指电子设备在共存于同一电磁环境中时，不被其他设备的辐射或导入干扰。
在PCB设计中，采用合适的电磁屏蔽技术和电磁辐射控制技术，可以降低信号串扰和噪声干扰，提升数据传输的可靠性。
2.差分信号传输技术差分信号传输是一种通过两个信号线同时传输信号，以减少干扰和提高抗噪声能力的技术。
在差分信号传输中，一个信号线为正极性信号线，另一个为负极性信号线，信号通过它们的差值来表示。
差分信号传输技术可以有效地提高信号的抗干扰能力和传输质量。
3.电源和地线设计技术电源和地线设计是确保电路稳定工作的基础。
合理设计电源和地线布局，可以减少信号回流路径，降低电磁辐射和串扰噪声。
采用分层的电源平面和良好的地线布线策略，可以提供低阻抗的电源和地线路径，从而提高信号的完整性。
4.串行信号完整性技术在高速通信中，串行信号传输成为主流。
串行信号完整性技术主要包括预留信号完整性（SSO）、击穿电压（Breakdown Voltage）和串扰等方面的设计。
通过正确设计布线、选择合适的电容、阻抗匹配和信号层分离等技术手段，可以降低信号衰减、串扰和时延等问题。
PCB设计中的电源信号完整性的考虑
PCB设计中的电源信号完整性的考虑在PCB设计中，电源信号的完整性是一个非常重要的考虑因素。
电源信号完整性主要关注信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
以下是在PCB设计中考虑电源信号完整性的几个重要方面：1.电源供电稳定性：电源信号的稳定性对系统的正常运行至关重要。
在设计中，应该选择具有稳定输出的电源，以确保电压和电流在整个系统中能够保持稳定。
稳定的电源可以减少系统噪声和漂移，提高系统性能和可靠性。
2.电源噪声和滤波：电源信号中的噪声可能会对系统的性能产生负面影响。
在PCB设计中，应采取一些滤波措施来降低电源噪声。
可以使用滤波电容和电源滤波器来抑制高频噪声。
此外，在布局中应该将电源线和地线分离，并与信号线保持足够的距离，以减少互联干扰。
3.电源线宽度和引出：电源线的宽度和布局对电源信号的完整性有重要影响。
电源线的宽度和长度应根据所需的电流和电压降进行计算。
在高电流应用中，更宽的电源线可以减少电源线的电阻和热降，确保供电稳定。
此外，应避免将电源线与其他信号线交叉，以减少互联干扰。
4.电源平面和地面平面：为了提供一个低电阻、低阻抗的供电路径，设计中通常会使用电源平面和地面平面。
电源平面提供了一个低阻抗的供电回路，可以降低电源噪声和电源电压的波动。
地面平面则提供了一个低阻抗的地引用，减少了信号线和电源线之间的串扰和互联干扰。
5.电源分区：在复杂的PCB设计中，将电源信号按照不同的功能分区是一个好的实践。
不同的模块或器件可能有不同的电源需求，分区设计可以简化供电布线，减少供电路径交叉，提高系统的电源完整性。
6.过热和过电流保护：为了保护系统免受过热和过电流的损害，设计中应考虑一些保护措施，如过热保险丝、过压保护器和电流限制器。
这些保护措施可以防止电源故障对系统产生严重影响，并提高系统的可靠性。
综上所述，在PCB设计中，电源信号的完整性是至关重要的。
通过选择稳定的电源、合理布局、适当的滤波和保护措施，可以提高电源信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力，从而改善系统的性能和可靠性。
电源完整性理解与设计
电源完整性理解与设计一、定义：电源完整性（Powerintegrity）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。
电源完整性在现今的电子产品中相当重要。
有几个有关电源完整性的层面：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+/-50mV）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。
1.1“地弹”：是指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。
以电路板“地”为参考，就像是芯片内部的“地”电平不断的跳动，因此形象的称之为地弹（groundbounce）。
当器件输出端由一个状态跳变到另一个状态时，地弹现象会导致器件逻辑输入端产生毛刺。
对于任何形式封装的芯片，其引脚必会存在电感电容等寄生参数，而地弹主要是由于GND引脚上的阻抗引起的。
集成电路的规模越来越大，开关速度不断提高，地弹噪声如果控制不好就会影响电路的功能，因此有必要深入理解地弹的概念并研究它的规律。
我们可以用下图来直观的解释一下。
图中开关Q的不同位置代表了输出的“0”“1”两种状态。
假定由于电路状态装换，开关Q接通RL低电平，负载电容对地放电，随着负载电容电压下降，它积累的电荷流向地，在接地回路上形成一个大的电流浪涌。
随着放电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感LG，这样在芯片外的电路板“地”与芯片内的地之间，会形成一定的电压差，如图中VG。
这种由于输出转换引起的芯片A的输出变化，产生地弹。
这对芯片A的输入逻辑是有影响的。
接收逻辑把输入电压和芯片内部的地电压差分比较确定输入,因此从接收逻辑来看就象输入信号本身叠加了一个与地弹噪声相同的噪声。
芯片设计中的电源完整性优化方案有哪些
芯片设计中的电源完整性优化方案有哪些在当今的科技领域，芯片作为核心组件，其性能和稳定性对于各种电子设备的运行至关重要。
而在芯片设计中，电源完整性是一个关键的考虑因素。
电源完整性不佳可能导致信号失真、噪声增加、性能下降甚至芯片失效等问题。
那么，为了确保芯片的正常运行，有哪些有效的电源完整性优化方案呢？首先，合理的电源分配网络（PDN）设计是基础。
PDN 就像是芯片的“血管”，负责为各个部分输送稳定的电源。
在设计 PDN 时，需要考虑到电流的需求、电阻和电感的影响。
通过使用多层板和大面积的电源平面，可以减小电阻和电感，从而降低电源线上的电压降和噪声。
同时，合理规划电源引脚的布局，使得电流能够均匀地分布到芯片的各个区域。
其次，去耦电容的选择和布局也非常重要。
去耦电容就像是电源的“蓄水池”，能够在电流需求突然变化时迅速提供能量，从而稳定电源电压。
在选择去耦电容时，需要考虑电容的容量、等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）等参数。
通常，会使用多种不同容量的电容组合，以覆盖不同频率范围的噪声。
在布局去耦电容时，应尽量靠近电源引脚和芯片的敏感区域，以减少寄生电感的影响。
芯片封装的设计也对电源完整性有着显著的影响。
优质的封装可以降低电感和电阻，提高电源的传输效率。
例如，采用倒装芯片封装技术，可以缩短芯片与封装之间的连接路径，从而减小电感。
此外，优化封装的引脚布局和电源引脚的数量，也有助于改善电源的分布。
在芯片内部，电源门控技术是一种有效的节能和优化电源完整性的方法。
通过在不需要某些模块工作时关闭其电源，可以减少静态功耗，同时降低电源噪声的影响。
这种技术需要在设计时仔细考虑电源开关的控制逻辑和时序，以避免出现错误的操作。
电源网格的布线也是一个关键环节。
布线的宽度和间距需要根据电流大小进行合理设计，以确保足够的电流承载能力。
同时，要尽量避免直角转弯和过长的走线，以减小电感的影响。
使用先进的布线工具和算法，可以帮助优化电源网格的布线。
高速PCB中电源完整性的设计
高速PCB中电源完整性的设计
一、引言
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（Powerintegrity）。
当今国际市场上，IC设计比较发达，但电源完整性设计还是一个薄弱的环节。
因此本文提出了PCB板中电源完整性问题的产生，分析了影响电源完整性的因素并提出了解决PCB板中电源完整性问题的优化方法与经验设计，具有较强的理论分析与实际工程应用价值。
二、电源噪声的起因及分析
对于电源噪声的起因我们通过一个与非门电路图进行分析。
图1中的电路图为一个三输入与非门的结构图，因为与非门属于数字器件，它是通过1和0电平的切换来工作的。
随着IC技术的不断提高，数字器件的切换速度也越来越快，这就引进了更多的高频分量，同时回路中的电感在高频下就很容易引起电源波动。
如在图1中，当与非门输入全为高电平时，电路中的三。
PCB板的电源完整性三大考虑详解
PCB 板的电源完整性三大考虑详解
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) 去耦电容
我们都知道在电源和地之间加一些电容可以降低系统的噪声，但是到底在电路板上加多少电容？每个电容的容值多大合适？每个电容放在什幺位置更好？
类似这些问题我们一般都没有去认真考虑过，只是凭设计者的经验来进行，有时甚至认为电容越少越好。
从PCB设计信号完整性
从PCB设计信号完整性PCB设计信号完整性是指在PCB电路板上保持信号完整性的技术要求，以确保电子设备的正常运行。
信号完整性是一项综合考虑信号传输过程中的各种因素的工程学科，包括信号的噪声和失真、信号传输的延迟和抖动等。
PCB设计信号完整性是高速和多层电路板设计中的一个关键方面。
下面将详细介绍PCB设计信号完整性的重要性、设计原则和常用的技术手段。
PCB设计信号完整性的重要性如下：1.高速信号完整性：随着高速电子设备的普及，如高速计算机、高速通信系统等，高速信号的完整性的问题越来越重要。
在高频电子设计中，信号完整性是电磁兼容性（EMC）和辐射性能的关键因素。
2.减少信号中的噪声和失真：在信号传输过程中，例如在长距离传输线上或信号链中，信号会受到各种噪声和失真的干扰，例如串扰、时钟偏移、反射、散射和抖动等。
信号完整性设计能够减少这种噪声和失真，提高信号传输的质量。
3.提高信号传输的稳定性：在设计中考虑信号完整性可以提高信号传输路径的稳定性，降低传输过程中的错误率。
特别是在高速电路设计中，传输线的选用、终端匹配和信号的校准对信号传输性能至关重要。
PCB设计信号完整性方面的设计原则如下：1.保持信号完整性的连续路径：在信号的传输路径上，包括传输线、连线和接插件等，应该避免信号的突变、死区和断续，以保持信号的连续性和完整性。
2.控制信号噪声：通过适当的阻抗匹配、屏蔽和终端匹配技术，控制信号线上的噪声，降低串扰和其他干扰。
此外，还可以通过选择合适的电源滤波器来消除电源噪声。
3.控制信号传输的延迟和抖动：通过适当的传输线设计和减少信号反射，控制信号传输中的延迟和抖动。
此外，可以利用布线规则和降噪技术来控制信号传输过程中的时钟偏移。
4.优化地面和电源设计：在PCB设计中，地面和电源规划是十分重要的。
良好的地面层设计和电源规划可以降低共模噪声和电源噪声，提高信号完整性。
常用的PCB设计信号完整性技术手段如下：1.传输线和差分对：在高速设计中，使用传输线和差分对可以有效地控制信号的传播速度和噪声干扰。
PCB信号完整性分析与设计
PCB信号完整性分析与设计在电子设计领域，信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指电路系统中信号的质量和稳定性。
PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）作为电子设备的基础组件，其信号完整性分析与设计直接影响到整个电子设备的工作性能。
本文将探讨PCB信号完整性分析的重要性以及设计策略。
在现代电子系统中，高速数字信号的传输越来越普遍，对PCB信号完整性的要求也越来越高。
如果信号完整性得不到保障，会导致一系列问题，如电磁干扰（EMI）、电源噪声、时序错误等，严重时可能导致系统崩溃。
阻抗不连续：当信号在PCB走线传输时，如果阻抗突变，会导致信号反射，从而影响信号完整性。
串扰：相邻信号线之间的电磁耦合会导致信号间的干扰，影响信号的纯净性。
电源噪声：电源的不稳定或噪声会影响数字系统的时序和稳定性。
接地问题：不合理的接地方式会导致信号间的干扰和电源噪声的引入。
合理规划信号走线：根据信号的特性和频率，选择合适的走线方式，如并行走线、差分走线等，以减小信号间的干扰。
优化阻抗匹配：通过计算和控制阻抗，使信号在传输过程中的反射最小。
减少串扰：通过增加间距、使用屏蔽罩等方式，减小信号间的电磁耦合。
电源和接地设计：采用稳定的电源系统和合理的接地方式，以减小电源噪声和信号干扰。
使用去耦电容：在关键电源和接地节点处使用去耦电容，可以有效吸收电源噪声和减少信号干扰。
信号时序控制：通过合理的设计，保证信号的时序正确，避免因时序错误导致的系统不稳定。
仿真与优化：使用专业的仿真工具对设计进行仿真，根据仿真结果对设计进行优化。
PCB信号完整性分析与设计是保证现代电子系统性能的重要环节。
通过对影响信号完整性的主要因素进行分析，我们可以针对性地提出有效的设计策略。
在实施这些策略时，需要综合考虑系统的复杂性和实际可操作性，确保设计的实用性和有效性。
随着电子技术的发展，我们需要不断地更新和改进信号完整性设计和分析的方法，以满足更高性能、更低功耗、更小体积的电子设备需求。
Cadence PCB设计及信号电源完整性解决方案
CadencePCB设计及信号电源完整性解决方案（2012/9/27）序言随着芯片封装板级系统的设计越来越复杂，信号速率越来越高，电源功耗越来越大，产品设计高密化趋势越来越明显，设计要求的越来越严格，我们需要更加专业的PCB设计及仿真工具；进一步完善信号完整性和电源完整性分析流程，通过相关工具与方法学的引入，进一步提高设计与创新能力。
随着业界领先的信号完整性和电源完整性仿真软件供应商Sigrity成为Cadence的一员，全新的Cadence芯片封装板级协同设计及仿真解决方案让你能够迅速优化芯片封装板级协同设计及仿真解决方案让你能够迅速优化芯片和封装之间的网络连接，以及封装与PCB之间的网络连接。
通过网表管理、自动化优化路径以及信号和电源完整性分析，你可以对产品的成本与性能进行优化。
将这种单一供应商的解决方案应用于芯片、封装与PCB，系统架构师可以尽早做出设计决策，然后将这些决策分配给单独的设计团队进行最终实施。
Cadence PCB设计及仿真解决方案的优点如下。
提供一个经实践证明的、可扩展的、低成本高成效的PCB设计解决方案，并可根据需要自由选择基础设计工具包加可选功能的组合形式。
通过约束驱动式PCB设计流程避免不必要的重复。
支持以下各种规则：物理、间距、制造、装配和测试的设计（DFX）、高密度互连（HDI）、及电气约束（高速）。
具有通用和统一的约束管理系统，用于创建、管理和验证从前端到后端的约束。
兼容第三方应用程序的开放式环境，提高效率的同时，提供访问用其他开发工具开发的程序的入口。
第一章原理图设计Cadence提供了完整的、可调整的技术，应用于印制电路板（PCB）的设计创建、管理和重用。
将原理图设计输入功能与广泛的仿真和电路板布局技术相结合，Cadence能够帮助工程师一开始就抓住设计意图。
不管是用于设计新的模拟电路，还是为现有的PCB修改原理图图表，还是设计一个带有HDL模块的数字块图表，Cadence原理图输入技术让工程师可以输入、修改和检验PCB设计。
PCB板布线中的信号完整性设计与优化
PCB板布线中的信号完整性设计与优化一、前言在电子行业中，PCB板布线的设计以及信号完整性的优化是非常重要的一环，因为信号完整性的好坏决定了整块PCB板的性能和可靠性。
现在很多高频率的电子产品越来越普及，对于高频电路特别是数字信号传输，更需要优化信号完整性。
在设计中，布线的方案、PCB板的板层数、接地和电源的规划以及信号的走位决定了信号完整性的好坏。
接下来，我们就来探究一下关于PCB板布线中的信号完整性设计与优化的一些技巧和经验。
二、布线技巧1. 最短路径在PCB板的布线设计中，最短路径规则是一个非常基本的原则。
这是因为信号的传输速度是有限的，当信号需要从一个芯片到达另一个芯片时，如果路径过长，就会导致信号的传输速率变慢，从而影响整个电路的性能。
因此，在进行布线设计时，需要将芯片的相邻引脚连接到最近的点上，以求得最短的路径。
2. 差分信号对差分信号对是指由两条独立的导线组成的一对信号线，这两条导线上携带着相同的信号，但极性相反。
在布线设计中，差分信号对的应用能够有效地抵消掉IEC的干扰信号，从而提高信号的灵敏度和抗干扰能力。
3. 地线布线地线是信号传输中非常关键的一条线路，在布线时，应该尽可能地减少复杂地地线网络。
布线时最好将所有接地引脚集中在一起，减少复杂的地面网络。
如果地面网络不可避免的会产生分支，就要合理安置分支，并保证各个分支的长度尽可能相等，以降低分支对信号的影响。
三、信号完整性优化技巧1. 噪声电源众所周知，噪声电源会对信号的传输和接收造成很大的影响。
为了减少电源噪声对信号传输的影响，可以在电路中加入低通滤波器、磁珠等元件以滤掉噪声信号。
2. 高频抗干扰在高频电路中，如果没有进行良好的电磁兼容性测试和抗干扰设计，就很容易受到周围干扰信号的影响。
因此，在高频电路设计中，可以考虑使用差分信号对技术，以优化信号的完整性并提高抗干扰性。
3. 电磁辐射电路中的高速信号和开关会产生较多的电磁辐射，这些辐射是否达到规定的标准会影响整个电路的性能。
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
PCB阻抗设计与电源完整性
PCB 阻抗设计与电源完整性现代IC 工艺已进入深亚微米(0. 1～0. 01μm) 阶段,数字信号上升/下降沿为亚纳秒(1～0. 1 ns) 量级,使高速数字系统设计面临巨大挑战。
IC 尺寸越来越小, 偏置电压和电源电压越来越低,时钟频率不断上升,微处理器和专用芯片集成的功能越来越多,消耗的功率也越来越大,这对电源分配网络的设计提出了更高的要求。
电源分配网络的一种设计方法是目标阻抗法:首先根据系统要求,确定目标阻抗，然后设计电源分配网络的阻抗,使其在一定的频率范围内低于目标阻抗,如图1所示。
图1 目标阻抗那么如何确定目标阻抗呢？如果工作电压和功率给定，平均电流可以利用欧姆定律来计算。
假设电源的电压只允许在一定的范围内波动(如5％)，那么我们可以算出电源分配系统(PDS)的目标阻抗： 最大电流（允许波动的范围）（正常电源电压）⨯=et t Z arg 例如，某FPGA 芯片在0.2ns 的上升沿吸入2A 的电流，此时电源电压会暂时降低（压降），而地平面电压会暂时被拉高（地弹）。
由于电流的瞬变值为2A ，电压的瞬变值由V=Z×I 来决定，Z 是从芯片端视出的阻抗，因此，为了避免电压的尖峰波动，在从直流到信号带宽的频率范围内，Z 值必须低于某一门限值，如图2所示。
图2 应满足的目标阻抗在该设计中，为了保持电源完整性，电源—地的电压波动必须保持在标准值3.3V 的5%以内。
因此噪声不能大于0.05×3.3V=165 mV 。
可以据此按照欧姆定律计算出PDS 的最大阻抗165mV/2A=82.5mΩ，图9－9中虚线部分即为PDS 阻抗应该满足的目标区域。
对于最低频率，通常是1kHz 或者更低的频率——电源满足阻抗特性的要求，电源和地层的结构通常不会破坏阻抗特性，因为它们呈现低电阻与电感特性。
而当频率高于1kHz 时，电流通路的互感大到足以使电压超过限定值，我们可以根据下式来计算需要满足PDS 阻抗要求的信号带宽：)(35.0)(nSEC T GHz F TRANSITION 在该设计中，其带宽为1.75GHz 。
pcblayout电源完整性设计详解
于博士信号完整性研究网电源完整性设计详解作者：于争 博士2009年4月10日目 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。
电源完整性仿真让电路板更完美
电源完整性仿真让电路板更完美为PCB(印刷电路板)上的芯片提供电能不再是一种简单的工作。
过去，通过细走线将IC连接到电源和地就行了，这些走线占不了多少空间。
当芯片速度升高时，就要用低阻抗电源为它们供电，如用PCB上的一个电源层。
有时候，只需要用四层电路板上的一个电源层和一个地层，就可以解决大多数电源完整性问题。
除了电源层以外，还可以为每只IC去耦，以解决设计中繁琐的电源问题。
不过，现在的PCB空间(还有成本与你的日程)都很紧张，这些问题也带来了对电源的影响。
Mentor Graphics公司的仿真与模拟系列产品高级总监Dave Kohlmeier称：“消费设备与便携设备都在为节省成本而使用更少的PCB层，但它们上面的IC却需要更多的电压等级。
”这些问题不仅影响着便携产品，工业产品也有空间约束(图1)。
一个现代蜂窝基站的电路要装在天线上的一个小盒子里，而天线通常位于建筑内的19英寸机架中。
在大批量的消费产品与汽车产品中，成本是关键因素。
在PCB上放一堆可能不需要的电容，肯定是不可接受的。
为获得成功，设计周期会缩短到以周以月计，而不是年。
现在，不可能只为了修补和优化电源层和地层而花时间去重做一遍PCB板。
为现代电子产品设计电源系统是一个令人畏惧的挑战。
DDR存储器工作在1600Mbps，并很快就会运行到四重模式的2200Mbps。
更糟糕的是，它是一种单端输出，意味着你的电源系统必须应对电源电流的突发性挑战。
器件中的数字门可能同时都在开关，电源完整性工程师将这种特性描述为同步开关噪声。
串行通信有着困难的电源需求。
802.3ba以太网标准要求的数据速率为40Gbps和100Gbps(参考文献1)。
现代数字芯片的运行电压低于1V，这意味着，即使毫伏级的噪声也会造成与数据相关的问题。
多只芯片会从统计上增加和造成电源下降或过压问题。
你的系统可能数周甚至数月都运行正常，而某个时刻所有数字电路的同时开关却造成系统的重启。
PCB布线与布局优化技巧
PCB布线与布局优化技巧在电子设备的设计中，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）的布线与布局对于整个电路性能和稳定性起着至关重要的作用。
优秀的PCB布线与布局可以提高电路的抗干扰能力、信号完整性和性能稳定性。
下面就介绍一些PCB布线与布局优化技巧，帮助设计师提高产品质量和性能。
1. 分割电源平面：在PCB设计中，将电源平面分割成多个部分可以减少信号干扰及电磁辐射。
分割电源平面时，需要注意将模拟和数字电源分开，避免互相干扰。
通过合理设置分割线路，可以降低信号交叉干扰，提高信噪比。
2. 最短路径布线：尽量保持布线路径短，减少信号传输的延迟和损耗。
在选取布线路径时，应避免走线交叉、绕线等现象，以确保信号传输的稳定性和可靠性。
布线时还需考虑信号走线的方向，避免信号环路和共模噪声的产生。
3. 差分信号布线：对于高速信号线，尤其是差分信号线，需要特别注意其布线。
差分信号线的长度要尽量保持一致，以减少信号失真和串扰。
此外，差分信号线应在布线过程中尽量保持相邻，以减小信号传输的时间差。
4. 阻抗匹配：在PCB设计中，特别是在高频电路中，阻抗匹配是非常重要的。
正确设计差分对地、微带线、板厚等参数，以保证信号传输的稳定性和准确性。
利用阻抗匹配技术可以尽量减小信号的反射和衰减，提高信号完整性。
5. 地线布线：地线布线是PCB设计中的关键环节。
要尽量减小地线回路面积，避免干扰信号传输。
将地线设置为宽带，减小地线阻抗，提高地线的导电性。
另外，地线布线还要尽量与信号走线相互垂直，避免共模干扰。
6. 噪声隔离：在PCB布局设计中，要将噪声源与敏感信号源隔离开来，以减少噪声对信号的影响。
在设计布局时，可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来隔离噪声源，确保信号传输的稳定性和准确性。
7. 确保热量散发：在PCB布局设计中，要考虑电路元件的散热问题。
合理安排元件的位置，保证元件之间的通风通道畅通，以便排出热量。
在布局时应注意避免高功率元件集中布局，以减小热量聚集的风险。
基于Cadence的电源完整性仿真步骤
基于Cadence的电源完整性仿真步骤1、设置电路板的参数用PI模式打开要仿真的电路板，仿真其CPU_1.8V电源平面的完整性。
1.1调用设置向导在PI中选择“Analyze”—>“Power Integrity”出现提示对话框，点击“确定”后出现设置向导窗口。
1.2板框（Board Outline）点击“Next”进入设置向导里的“Board Outline”窗口PI需要一个板框来进行布局和电源平面提取。
如果板框不完整或不存在，则上图右上角会有信息提示。
1.3Stack-up设置点击“Next”进入设置向导里的“Stack-up”窗口。
PI需要叠层关系来计算电源对从而为平面建模。
如果叠层不存在或者不包含平面层，则屏幕右上角会有信息显示。
在这里可以调整叠层关系（Edit stack-up）或从另一个设计中导入（Import stack-up）。
屏幕右上角有相应的示意图，如图：当不勾选“Physical view”时，各层厚度平均显示；勾选后各层按比例显示。
1.4DC Net-Plane Association点击“Next”进入设置向导里的“DC Net-Plane Association”窗口，如图：PI 在估算去耦电容之前需要给每一个需要仿真的电源平面分配DC电压，在这里可以调整现有的电压分配。
同一层的分割平面会有不同的“shape”，因此每个“shape”都有一个不同的DC网络。
1.5DC Power Pair Setup点击“Next”进入设置向导里的“DC Power Pair Setup”窗口，如图：在进行PI 之前，电源和地平面必须成对。
一个地可以被多个平面共享，但一次只能分析一对平面。
在“Plane 1”栏中选择要分析的平面，在“Plane 2”栏中选择对应的平面，选中的平面对将在右边的叠层视图中高亮。
点击“Add”创建对应的平面对。
1.6选择去耦电容点击“Next”，如图：1.7选择电容模型点击“Next”，如图：选好所用的电容模型后，点击“Finish”完成对电路板参数的设置，弹出“Power Integrity Design&Analyze”窗口，如图：2、单节点仿真可以通过运行单节点仿真来验证选择的电容数量能否在频率范围内维持目标阻抗。
PCB布线策略与信号完整性分析
PCB布线策略与信号完整性分析在现代电子设备中，Printed Circuit Board（PCB）扮演着至关重要的角色。
PCB的设计布线策略和信号完整性分析对于确保设备的正常运行和性能至关重要。
本文将讨论PCB布线策略和信号完整性分析的重要性，以及一些常见的方法和技术。
首先，PCB布线策略是确保信号的正确传输和减少干扰的关键。
布线策略的主要目标是最短地连接各个元件、尽量减小电流回路的面积，以减少电磁干扰和信号损失。
其中一个重要的布线策略是保持信号线和地线的平行走向，以减少噪声的传播和干扰。
此外，还可以使用分层布线技术，在不同层次的PCB上布置信号线和电源线，以减少干扰。
其次，信号完整性分析是验证信号在PCB上的传输质量的过程。
这一分析可以帮助我们确定信号是否受到噪声、耦合和延迟等问题的影响。
信号完整性分析通常包括时钟和数据的延迟分析、串扰分析和阻抗匹配分析等。
通过这些分析，我们可以确定是否存在信号损失、波形畸变和时序问题等。
在PCB布线策略和信号完整性分析中，有一些常见的方法和技术是非常重要的。
首先是参考平面设计，即通过增加地线或功率平面来隔离信号线。
这可以减少信号的干扰和噪声。
其次是差分信号布线，即将差分信号线以对称的方式布线，以减少串扰和噪声。
此外，控制阻抗也是非常重要的，可以通过合适的追踪宽度和间距来实现。
在实际应用中，还有一些先进的工具和技术可以帮助进行PCB布线策略和信号完整性分析。
其中之一是电磁仿真软件，可以模拟信号在PCB上的传输过程，帮助我们识别问题并进行优化。
另一个工具是减少串扰的布线规则检查器，可以自动检查布线中的串扰问题并提供解决方案。
综上所述，PCB布线策略和信号完整性分析对于确保设备的正常运行和性能至关重要。
通过合理的布线策略和信号完整性分析，我们可以减少信号损失和干扰，提高信号的传输质量。
在实际应用中，我们可以借助工具和技术来帮助进行布线策略和信号完整性分析。
因此，对于开发人员和设计工程师来说，掌握PCB布线策略和信号完整性分析的知识和技巧是非常重要的。
理解PCB设计中的功率完整性
理解PCB设计中的功率完整性在现代电子产品的设计中，功率完整性（Power Integrity，简称PI）是一个至关重要的概念。
它涉及到电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）上电源系统的稳定性和电信号传输的可靠性。
本文将深入探讨PCB设计中的功率完整性问题，并提供一些实用的指导。
第一部分：功率完整性的意义和重要性在电子产品中，功率完整性直接关系到系统的性能和可靠性。
一个稳定的供电系统可以使电路工作在其预期的电压和频率范围内，减少信号的失真和噪声干扰，提高数据传输的可靠性。
反之，若功率完整性受损，可能导致电子产品发生故障、性能下降甚至完全失效。
第二部分：功率完整性的设计原则1. 电源系统设计：合理设计电源系统是确保功率完整性的关键。
包括选择合适的电源模块、电源线路布局规划以及电源滤波等。
2. 信号传输路径：合理规划信号传输路径，使其尽可能短且与电源线路分离，减少信号传输过程中的功率噪声。
3. 信号接地和电源接地：良好的接地设计可以减少信号回路和电源回路之间的干扰。
PCB设计中应采用合适的接地技术，如星型接地、分离平面接地等。
4. 降低电磁干扰：电磁干扰是功率完整性的一个重要问题。
在设计过程中，应综合考虑屏蔽结构、线路走向、电源和信号线的布局等因素，降低电磁干扰的产生和传播。
第三部分：验证和优化功率完整性1. 仿真和分析工具：使用专业的电磁仿真和分析工具，如SPICE、HyperLynx等，帮助评估系统的功率完整性，并针对问题进行优化。
2. PCB布局与布线规则：合理的PCB布局和布线规则可以提高功率完整性。
如减少信号回路的长度、保证良好的电源连接、减小信号线的串扰等。
3. PCB材料选择：选择合适的PCB材料，包括介电常数、介质损耗、导电性等因素，以满足功率完整性的要求。
4. 电源滤波：添加适当的电源滤波电路，减少高频噪声并提供稳定的电源供应。
5. 热管理：合理的散热设计可以减少功率完整性问题的出现。
PCB的信号完整性设计策略
PCB的信号完整性设计策略摘要：在集成电路输出开关速度不断提升和PCB板密度不断增加的过程中，PCB的信号完整性也开始备受关注。
为实现PCB的良好应用与发展，本文特对其信号完整性设计策略进行了分析，以此来为其信号完整性设计提供足具科学性的参考。
关键词：PCB；信号；完整性；设计策略引言：在对PCB进行信号完整性设计的过程中，设计者首先需要对电路板设计信息做到全面了解，然后通过分层设计、布局设计和布线设计等策略的合理应用来确保其设计效果。
通过这样的方式，才可以实现PCB信号完整性的良好设计，全面满足PCB的实际应用需求。
1.PCB信号完整性的设计意义概述PCB又叫做印制电路板，在其布局中，如果信号完整性出现了问题，便会直接导致信号失真、数据不正确、定时错误、控制线、地址和系统误工作等的各种现象产生，严重的情况下甚至会导致系统崩溃[1]。
为有效避免此类问题，设计者就需要对PCB进行良好的信号完整性设计，这样才可以使其在应用中做出正确的电平电压数值和时序响应。
1.PCB信号完整性设计中的主要问题所谓信号完整性，指的是在信号从信号线中通过之后的质量。
对于电路而言，每一段导线都不仅仅只是单纯的导体，其低频段呈现出的是阻性，中频段呈现出的是容性，高频段呈现出的是感性，甚高频段的导线则变为辐射天线。
在对高速PCB进行设计的过程中，因集成电路具有非常高的切换速度，所以如果其电路的布局、布线不够合理，便会对其信号完整性造成不良影响，进而引发定时、反射、串扰以及振铃等的一系列问题。
1.定时问题集成电路的数据接收仅仅能够按照规定时序来进行，如果信号延迟过长，则可能出现功能混乱和时序违背情况。
对于低速系统而言，可将信号互联延迟以及阻尼振荡忽略不计，这是因为信号耦合的时间能够达到稳定。
但是如果系统时钟比较高，器件之间的信号传输及其同步准备时间便会缩短，无论是走线过长还是驱动过载情况都会导致延时发生。
而在高速电路中，每一种门延时需求都需要在短时间之内得以良好满足，包括延时、保持时间以及建立时间等。
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如何实现电源PCB板完整性的设计
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。
对于，芯片，意味着，移到一个阵列晶片，。