设计PCB以获得最佳电源完整性-电子发烧友网

在设计PCB时，尤其是在涉及多种信号类型和电源方案的情况下，您将面临为电路板找到正确的电源完整性解决方案的难题。尽管功率是电信号的属性，但不要将功率完整性与信号完整性。但是，两者对于您的电路板的操作都很重要，因此它们的优化应该包含在设计目标中。但是在讨论优化电源完整性的方法之前，让我们首先探讨一下它对设计的影响。

什么是PCB电源完整性？

功率完整性可以定义为确保电气系统及其所有元件具有所需功率的保证，以使操作可以充分发生或按预期进行。为了进行设计和分析，这不仅需要向有源组件提供足够的功率，而且还需要保持功率水平并使电路板处理的所有信号的损耗最小化。从以前的角度来看，您的PCB可以看作是带有配电网络（PDN）的封闭式电气系统。为了实现电源完整性，必须为所有组件或模块提供操作所需水平的电源，这不仅仅是确保电压等于或高于可接受水平。

在操作过程中，必须包括后面的观点，因为引入输入和输出信号会使情况变得更加复杂。数字电路取决于您的组件区分高电平和低电平（通常分别接近5V和0V）和信号持续时间的能力。后者意味着还必须正确识别过渡时间或上升和下降时间。另外，模拟信号具有固有的频率分量，该固有频率分量与幅度一起定义了信号的质量，必须予以保持。对于取决于频率的信号，主要问题包括外部干扰或噪声以及沿传输路径的移位，这可能会导致失真。

如今，PCB通常很小，而且组件密集。组件之间的这种紧密联系，尤其是信号走线和电源路径之间的紧密联系，可能会成为电磁干扰（EMI）或信号噪声的来源，并影响功率信号的稳定性。在大多数情况下，您的电路板由一个或多个大功率组件组成，这些组件需要进行功耗以防止对其他电路板元件造成不利影响。要对电源完整性进行最佳管理，就需要将这些较高频率的RF信号与PDN隔离开。电路板的电源完整性在很大程度上取决于您对设计技术的应用以及其制造的选择，以减轻这些潜在的问题并提高电源和信号的完整性。

最佳PCB电源完整性设计

在PCB上管理电源完整性可以看作是在设计您的电路板时，以使电源输出变化最小化，走线和PDN之间的干扰最小化，并充分管理功率损耗和耗散。通过在设计过程中采用以下技巧，可以同时实现这些目标。

电源完整性设计技巧1：充分利用电容和滤波器

电容可以多种方式用于改善电源完整性。首先，应选择PCB叠层材料来管理整个频率范围内的板电容。大容量电容器也可以用来减轻由于走线电感引起的电压降。另外，可以在相邻信号路径之间放置去耦电容器，以最大程度地减少干扰。还应使用由电容器，电感器和电阻器组成的滤波器来消除谐波，并迅速抑制开关电路的频率变化。

电源完整性设计技巧2：利用走线参数控制路径阻抗

控制电源走线的阻抗至关重要。控制阻抗的最佳方法是控制PCB走线宽度和铜厚。

电源完整性设计技巧3：为数字和模拟信号使用单独的接地

正如组件和走线应根据信号类型隔离一样，接地也应隔离。这可能要求您PCB堆叠包括多个接地平面。

电源完整性设计技巧4：在电源输入上使用稳压器

您的PDN容易受到电源波动的影响。您应该利用电压或电流调节器来最大程度地减小这些变化的纹波影响并稳定电路板组件的电源。

电源完整性设计技巧5：选择有助于控制阻抗的材料

影响电源完整性的主要决定之一是电路板阻抗，它由您决定。材料选择。