什么原因导致我的PDN电源总线振铃?

2019年12月6日

使IC对电源总线振铃免疫

该IC和其他组件需要稳定的电源和解耦

很久以前，在一个很远很远的电子实验室里，电源完整性和信号完整性问题都是事后才想到的。信号切换的速度非常慢，以至于数字系统不同部分之间的干扰实际上是无法观察到的。即使TTL逻辑变得足够快，以至于需要标准的方法来防止串扰和干扰，只要电源足够稳定，电源完整性问题，特别是电源总线响铃，仍然可以忽略不计。

您应该感谢ECL揭示了导致严重信号完整性问题的电源完整性问题。在过去的30年里，自从ECL不再局限于超级计算机，并在更广泛的市场上出现以来，设计高速数字系统的设计师现在需要面对电源完整性问题，并采取切实的措施来解决这些问题。随着fpga、高性能mcu以及许多asic和soc等更新的可编程逻辑器件以高速/高频运行，且噪声裕度极低，设计人员需要采取更大的措施，以确保高性能设计不会出现显著的功率波动。

什么是电源总线振铃?

电源总线振铃总是发生在您的PCB中;你需要考虑的问题是，铃声是否强烈到足以在你的电路板上观察到。如果你已经走了老路，正在使用12v CMOS逻辑，你可能什么都不用担心，即使有一个不规范电源．现代逻辑运行在1.2 V和ic的电流值为安培，电源总线的振铃可能是显著的。开关速度超过几个ns的逻辑族需要显著的解耦来确保电源的完整性，这将在下面进行更详细的讨论。

当一个装置像一个FPGA反复切换特别是当大量的门开关并从电源吸取电流时，突然爆发的电流会在你的PDN中产生瞬态电流和电压响应。这种瞬态响应通常表现为电压水平的欠阻尼振荡。暂态电流和暂态电压由PDN的阻抗相关:

PDN阻抗和电源母线振铃

电源母线振铃电压与PDN阻抗的关系

这种暂态电压/电流振荡通常称为电源母线振铃。瞬态电压和瞬态电流之间的这种关系是PDN的目标阻抗变得极其重要的原因。开关IC所抽取的电流是固定的，由此产生的暂态电压需要尽可能降低，以保证电源的完整性。这就是为什么我们说PDN的阻抗需要低于某个目标值。对于给定条件瞬变电流，较小的PDN阻抗将产生较小的功率母线振铃。这将减少PDN上的电源引脚所看到的电压变化。

虽然电源母线振铃有时被称为电源波纹，但这两个术语本质上指的是不同的现象。纹波一般是指交直流转换时电源电压和电流的剩余振荡，而振铃是指ic开关状态或输出电平时产生的瞬态振荡。电源波纹出现在输出从一个不受管制的电源;如果你测量a输出的振荡稳压电源，那么很可能是由于铃声。此外，电源转换产生的波纹出现在60 Hz(北美)或50 Hz(欧洲)，而电源总线的振铃将出现在更高的频率。