电源完整性分析

电源完整性分析

姓名：郝晓飞

班级：电研-10

一、基本概念

电源完整性，简称PI（power integrity）.目前，对于信号完整性的分析，除了要考虑反射，串扰以及电磁干扰（EMI）外，电源完整性的分析被人们越来越多的关注，可靠稳定的电源供应成为设计者们研究的一个重要方向。在以往对信号完整性分析时，一般都假设电源处于绝对稳定的状态，但是随着系统设计对仿真精度的要求不断提高，这种假设越来越不能被接受，因此，PI应运而生。信号完整性主要与传输线上的质量相对应，电源完整性主要与高速电路系统中电源和地的质量相对应。在对高速电路进行仿真时，往往因信号参考层的不完整性造成信号回路路径变化多端，从而引起信号质量变差和产品的EMI性能变成，并直接影响信号完整性。为了提高信号质量、产品的EMI性能，人们开始研究为喜好提供一个稳定、完整的参考平面，随即提出了电源完整性的概念。

二、电源完整性的起因

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；二是电流回路存在电感。

从表面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；非理想电源阻抗影响；谐振及边缘效应。

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。但是随着科技的发展往往电源完整性得不到实现，其破坏电源完整性的主要因素只要有以下几种：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等。

三、基于电源完整性考虑的设计分析

由上文可以了解到有很多因素可以破坏电源完整性。在此，通过分析电源电阻的设计，达到避免由于完整性遭到破换影响信号实现功能的目的。

电源噪声的产生在很大程度上归结于非理想的电源分配系统。电源分配系统的作用是给系统的每一个器件提供足够的电源，使其满足系统要求。电源之所以

波动，本质原因就是电源平面存在阻抗，瞬间电流通过，将产生电压降落和电压摆动。正常情况下，电压波动范围不超过+/-5%.为了保证电源完整性，应该假定嗲预案噪声，通过降低电源阻抗可达到目的，下面我们通过举例来讨论怎么降低电源阻抗。

例如，一个10v 的电源，允许的波动范围为5%，最大瞬间电流为1A,那么最大电源阻抗为：

Ω=⨯=⨯=0.51A

5%V 5)()(arg ）（）（最大电流允许的波动范围正常电源电压et r Z 然而，目前电路设计的趋势是电压变小，瞬时电流变大，从上面的公式可以看到，最大的电源阻抗呈现下降的趋势，这就更加要求我们在电源完整性设计的过程中减小电源阻抗。

在设计电源阻抗的时候，我们不仅要计算直流阻抗（电阻），还要考虑高频下的交流阻抗（主要是电感）。一般在时钟的上升和下降沿，电源系统会产生瞬间的电流变化，用如下公式来表达受阻抗影响的电源电压波动：

dt

di L R i V drop ⋅+⋅= 通过观察公式，我们在设计过程中可以考虑通过如下措施达到降低电源的电阻和电感：

①

使用电阻率低的材料，比如铜； ②

用较厚、较粗的电源线，并尽可能减少长度； ③

降低接触电阻； ④

减小电源内阻； ⑤

电源尽量靠近GND ； ⑥

合理使用去耦电容。 四、总结

在目前关于电源完整性分析的研究中，除了能够通过改善电源阻抗达到增强完整性的目的外，还可以通过其他措施达到目的。本文对电源完整性分析仅仅做了很浅短的介绍，虽然电源完整性还有很多问题尚未解决，不过通过相关专业工作者努力，电源完整性必然会得到更加深刻的技术提高。