PCB设计中电源完整性的基础知识

除了诚实和强烈的道德准则外，integrity这个词还指处于一种完整的、不可分割的状态。当涉及到印刷电路板上的电源时，这个定义真的是正确的——老实说。现代PCB上的电路需要在功率传输网络(PDN)中保持所需的电压和电流水平，且几乎没有变化。波动太大的功率会破坏信号的预期性能，并给出错误的响应。

在调试阶段，当您试图发现并纠正这些问题时，像这样的问题可能会给您带来大量的工作。为了避免这些令人头疼的问题，创建一个带有良好PDN的印刷电路板设计是很重要的。但在你跳进池子的深处之前，你应该首先理解什么是权力完整性。我们将在这里简要介绍一下权力完整性的基础知识，以帮助您入门。

电源完整性的基础，让电源到组件

电路板上的不同设备都需要供电。许多年前在电路板上的通用集成电路(IC)器件只有一个电源和一个接地针。当时，为印刷电路板提供电源网络很容易;您只需在您的板层堆叠中创建一个平面用于动力和一个平面用于地面。然后将ic的电源和接地引脚连接到相应的平面上，放入一些旁路帽，然后就可以了!你是做。然而，今天，在pcb上使用的复杂集成电路的功率需求要复杂得多。

今天的电路板仍然会有电源和接地平面，但管理电源传输网络要比简单地连接ic电源和接地引脚复杂得多。每个IC都需要严格控制电源以满足其电源要求。在电路板中，一个良好的电力输送网络的目标是提供稳定的电压参考，并将功率分配到所有的设备可接受的噪音及容忍水平．这种对电路板上所有设备的电源的谨慎管理，以保持一致的电压水平，这就是所谓的电源完整性。

PCB的电源和接地面的精心设计对于良好的电源完整性是必不可少的

实现良好电力完整性的挑战

以前，电路板上的设备在本质上很简单，只有一个电源和一个接地连接，噪声容忍没有这么严格。你可以很容易地控制过多的噪音与一个额外的电容器。那些设备的切换速度也没有像今天的高速设备一样产生同样的问题。

用今天的处理器芯片大型球栅阵列(BGA)封装，对电力的要求要高得多。在这些设备中有数百个电源和接地引脚，每个设备可能需要多个电源电压，其中一些电压会下降到1伏特以下。这些引脚也会为处理器提供许多安培的电流来完成它的工作，而提供“清洁”的电力需要一个巨大的电容器网络。

为了了解这一切是如何工作的，以及如何最好地满足这些复杂设备的功率需求，对功率完整性的研究变得非常重要。要在电路板上创建良好的电源完整性意味着了解电源将如何通过PDN的单板设计．这包括从电源，到布线和通孔，电源和接平面对，电容器，当然还有设备本身的一切。

单板层堆叠中的电源平面配置对于电源完整性也很重要

其他电力和地面问题

电力完整性还与电力输送网络的其他一些问题联系在一起。其中包括:

• 地面反弹:也称为同步开关噪声或SSN，地面反弹当很多信号同时切换时就会发生。当处理器写入内存时，所有数据信号同时切换，就会发生这种情况。如果由于开关的速度，信号没有一路返回到参考地平面，它们就会在参考地平面上方“反弹”。这种接地反弹噪声会造成错误开关，并有可能中断或关闭设备。

• 力量涟漪:电源的开关特性会导致力量涟漪．这些波纹可能在相邻的电路中产生串扰，从而影响信号的准确性。再一次，这可能会导致电路中断。

• 电磁干扰(EMI):单板层堆叠中电源平面的排列方式会影响单板的性能EMI问题如果配置不正确。电源和地平面可以通过屏蔽信号层来防止电磁干扰影响信号层的性能，但只有当信号层位于两个平面之间时才可以。

• 返回路径:为了保持最好的信号，需要设计电路板的平面返回路径．不幸的是，电源的要求通常会留下大量的孔来连接通孔和缝合通孔，多个电源可以决定对分割平面的需求。所有这些都可能在信号的良好返回路径上设置障碍，从而导致信号完整性差。

所有这些问题都必须考虑与董事会的分析良好的电力完整性。上面列出的许多问题都可以通过战略性地放置电容和电阻以及精心布置的功率平面来解决。

PCB设计工具如何提供帮助

创建一个具有良好电源完整性的电路板似乎是一项艰巨的任务，但有很多资源可以帮助您。你可以在网上或技术课程和研讨会上找到很多关于电力完整性和其他输电网络主题的信息。此外，PCB设计CAD系统今天有很多分析和仿真工具也可以提供帮助。这些工具将给你分析的能力信号和电源完整性你的PCB设计，甚至帮助你分析你的地平面信号返回路径．

的例子PCB设计系统可以帮助你在你的电路板上的电源完整性设计从Cadence。快板PCB设计者是您一直在寻找的设计系统，将支持您的物理多板组装需求。

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