浅谈电源完整性的重要性

来源：罗姆半导体社区

在依赖于当前集成电路的系统中，连续的硅结构已经使电磁波成为一个越来越重要的设计因素。功率面噪声是信号完整性问题的主要来源。

芯片、封装、PCB和VRM都会产生电源噪声。电源噪声也会由于核心和输入输出开关而产生。晶体管供电轨上的电压波动导致抖动增加和电压裕度降低。这些波动对工作频率有直接影响。

芯片外集成电路之间的信号速度稳步提高，例如，在2.5D和3D集成中，集成电路被分割。它们之间的通信是通过插入器进行的，或者集成电路利用硅通孔相互堆叠。

集成电路之间的通信速度决定了系统的速度。因此，互连和封装在决定整个系统性能方面起着至关重要的作用。

高速信号是什么意思？

许多设计师认为50MHz及以上的信号是高速的。它取决于信号的边缘速度-上升和下降时间。我们可以用TDR发生器的1kHz重复率产生10GHz噪声。这是关于边缘速度。换言之，PCB可显著降低电路性能的信号频率称为高速。考虑到信号速度的PCB设计过程被定义为高速或复杂电路板。例如，主板、路由器和智能手机。

什么是噪声？

它往往会掩盖我们希望看到的信号。不需要的信号被定义为噪声。任何我们不希望在信号中出现的东西都被称为噪声。

配电网通常与寄生菌有关。我们在这里讨论的寄生虫是电阻和电感。每次电路切换时，这些寄生电路在晶体管级电路的Vdd和接地节点之间产生噪声。这称为电源噪声。这种噪声通过轨迹传播，并在传播过程中拾取反射和串扰。当信号到达接收器时，它将由最初预期的带有噪声和串扰的信号组成。设计者应该设置一个噪声预算，这样你就有了一个可以在电路中接受的预定义噪声水平。

什么是功率完整性？

功率完整性（PI）基本上是从输入源向负载获取适当的功率。更具体地说，这一切都是为了给集成电路芯片上的晶体管提供稳定的电源。PI是传递到模具上的电路的功率质量。

芯片是在封装中发现的实际硅片。模具放在包装上；包装放在印刷电路板上。

在电子工业中，电源完整性是指分析系统中如何有效地将电源转换并从电源传输到负载。噪声在两端（源和负载）产生。VRM和“负载”一样会产生噪声，当然，板上的其他任何东西也会通过串扰产生噪声。电源完整性设计只不过是管理电源噪声。管理晶体管的电压和接地端子上的电源噪声，使其高速工作，这称为电源完整性设计。

电源完整性是指确保所有的电路和设备都有适当的电源，从而达到电路的预期性能。这不仅仅是保持电压在允许的范围内。设备中的大多数电路都是专用于其电源系统的。 “今天的智能手机有50%到80%的电路专用于其电力系统。”因此，设计一个好的PDN成为一个主要方面。

我们从电路将网络从根本上分为两类：

信号完整性：这里我们关注所有的互连。传输线。依靠Spice软件进行仿真。我们感兴趣的参数是驱动器输出的反射和上升时间。

配电网：它是一个独立的实体。我们感兴趣的参数是目标阻抗。根据史蒂夫桑德勒的说法，“目标阻抗不起作用，除非阻抗也是平坦的。信号完整性影响电源完整性，电源完整性影响信号完整性。”

审核编辑黄宇