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PCB设计:谈谈电源完整性仿真的必要性

百度文库?? 2015年06月02日 ?? 收藏2
电源完整性的概念

电源完整性(PI,Power Integrity)就是为板级系统提供一个稳定可靠的电源分配系统(PDS)。实质上是要使系统在工作时,电源、地噪声得到有效的控制,在一个很宽的频带范围内为芯片提供充足的能量,并充分抑制芯片工作时所引起的电压波动、辐射及串扰。

本文将主要谈谈电源完整性仿真的必要性。

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。

电源完整性PI与信号完整性SI的相互影响:从整个仿真领域来看,刚开始大家都把注意力放在信号完整性上,但是实际上电源完整性和信号完整性是相互影响相互制约的。电源、地平面在供电的同时也给信号线提供参考回路,直接决定回流路径,从而影响信号的完整性;同样信号完整性的不同处理方法也会给电源系统带来不同的冲击,进而影响电源的完整性设计。所以对电源完整性和信号的完整性地融会贯通是很有益处的。设计工程师在掌握了信号完整性设计方法之后,充实电源完整性设计知识显得很有必要。

电源完整性研究的内容:电源完整性仿真的内容很多,但主要的几个方面如下:

1: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。

2: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。

3: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。

电源完整性仿真

电源分配系统(PDS):上图是一张经典的电源分配系统特性 图,相信大家都比较熟悉。从这个图里面,我们可以将整个电源频段分成几部分。在低频段,电源噪声主要靠电源转换芯片VRM来滤波。在几MHZ到几百MHZ的频段,电源噪声主要是由板级分立电容和PCB的电源地平面对来滤波。在高频部分,电源噪声主要是由PCB的电源地平面对和芯片内部的高频电容来滤波。我们在做仿真的时候,对低频和高频部分的仿真精度都还不准确,真正有意义的频段主要还是在几MHZ到几百MHZ这个频段。

下一页:该聊聊大家都很熟悉的目标阻抗Ztarget了


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电源完整性仿真? PI仿真? 板级电源? 电源分配系统?

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