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电源完整性分析与设计
作者：沙卓来源：《电子技术与软件工程》2015年第23期
摘要本文将通过对电源完整性简单介绍和分析来使得在产品的设计过程中能降低设计的复杂度、并更快，更好的完成产品。【关键词】电源完整性PDN信号完整性1引言早期的IC由于功耗小、频率低、电压容限高，电源完整性（PI）的问题不明显；随着半导体与封装技术的快速发展，芯片的功耗增加，所需的供电与允许的电压噪声容限范围的减小等原因，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，从而在某种程度上严重影响产品的性能。因此，对电源完整性的研究和分析是非常有价值的。2电源完整性概念电源完整性简称PI（PowerI
tegrity），其主要讨论的就是电源分配网络（PND）问题。PDN包括稳压模块（VRM）到芯片焊盘，再到裸芯片内分配本地电源和返回电流的芯片上金属层在内的所有互联。由于PDN存在寄生RLC等寄生参数，其阻抗Z0不为零。当源端电压到接收端时，会造成一定的直流压降和瞬态噪声。一般情况芯片对电压的浮动范围是要求在正负（2～10），可以根据芯片的datasheet来进行确定。当PDN设计不合理时，就会导致电压浮动范围不符合要求，从而使得系统不能正常工作。造成电压浮动的原因主要有以下二大类：（1）同步开关噪声SSN、地弹（2）谐振以及非理想电源Z03电源完整性的设计目标与分析电源完整性需要解决的最大问题就是尽量保证源端输出的电压到接收端的电压能保持一致性。为此需要让驱动端到接收端的传输线上的电阻值尽量的小。理想状态下可以假设传输线的阻抗为零，那么该传输线上的任一点的电压都相等，即驱动端到接收端的电压为一定值。然而实际传输线的阻抗是不为零的，传输线或者传输平面都存在一定的损耗，因此供端电压到接收端的电压并不是恒定值。
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电源噪声在很大程度上是由于电源分配系统的设计上的问题而产生的，电源分配系统主要负责的是为电子系统提供稳定且满足要求的电压。多数数字电路元器件对工作电压都是有一定要求的，电源波动范围需要满足其可接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。而每个元件器件要想正常工作都必须得到其需要的正常工作电压，为此控制该阻抗（电源目标阻抗）也就成了最主要的目的。电源目标阻抗Ztarget定义：电源目r