深度理解电源完整性

摘要/前言

在Samtec，我们经常谈论信号完整性（SI）以及我们为最新应用开发新的高速连接器解决方案的工作。Samtec在112Gbps PAM4信令领域非常活跃，但我们也经常谈论224Gbps PAM4。在之前对Samtec产品管理总监Keith Guetig的采访中，我们请他对SI进行简要描述。他告诉我们，"SI意味着更多的信号，更少的噪音"。

我想大家也都有一个共识：SI是一个巨大的话题，把它简化为几个字就容易忽略高速信号设计的细节。然而，在全面地理解SI的过程中，这些细节对我们帮助很大。

同样，我们在经常谈论SI的同时，会较少谈及电源完整性（PI），而这同样对我们的设计而言，至关重要。

理解电源完整性

问题是，虽然SI的定义很明确，有大量的信息可供工程师使用，但PI的要求和最佳实践却没有那么明确。这要由设计者来决定如何管理他们自己的PI需求。

PI的目标是在可接受的范围内向系统提供电力。这个目标的关键是配电网络（PDN），它被定义为从电源一直到用户的整个电流路径。这意味着即使用户所需的电流波动，也能将用户两端的电压波动降至最低。

这种变化或波纹是由用户引入的动态电流引起的，通常由开关产生。这可能会降低电压或产生尖峰，这两种情况都会影响到达用户的电源质量。使用去耦电容可以减少这些变化的影响，而且这些电容越靠近用户，它们就越有效。

然而，与信号完整性一样，传输电力的媒介也对电力网络的PI有重大影响。在这场提供清晰电力的战斗中，连接器是一个关键组成部分。

当希望提供一个最大化PI的PDN时，设计者必须同时考虑元件的串联电阻和串联电感。在选择合适的连接器时，我们经常把接触电阻作为衡量其性能的一个关键指标。然而，电感对我们许多人来说并不那么熟悉。一般来说，串联电阻将影响直流压降，而串联电感将决定交流瞬时噪声。

我们可以应用一个概括，即更高的总电感需要更多的去耦电容。通过改变连接器的几何形状——电源触点相互之间的排列，来降低其电感是可能的。但是，由于人们对PI的挑战了解不多，可用于帮助设计者的信息较少。

连接器和电源的完整性

虽然有一些准则会有所帮助，但并没有一个适用于所有应用的单一规则。例如，我们可以问，是采用几个大触点的连接器，每个都能承载更高的电流，还是采用更多的小触点，使功率更均匀地分布在整个连接器上。对于更高的非调节输入电压，系统可以容忍更大的交流波动，单个较大的叶片型触点将更适合。

较大的触点将能够在较高的电压下承载较大的电流，因此将最大限度地减少直流损耗。然而，一旦电源被调节，交流波动的问题就变得更加重要。在这种情况下，使用较小的触点，连接器的电感会更低，使用几个并联的触点，以减少通过每个触点传输的电流。

因此，设计者在确定其系统的电源要求时，必须准备好提出一些重要问题。所需的目标输出是什么，在影响功能之前可以允许降到多低，以及可能影响电源完整性的任何噪声的来源是什么？

即将推出的Samtec Accelerate/mP，也被命名为UDx。Accelerate高速连接器和UMPx电源刀片这两个成熟的连接器系列的组合，有一个明显的升级：电源连接器中的刀片式接触片转向与连接器塑体保护层平行。这使得电路板上的电源布线更容易、更方便，冷却效果更好，最终使最大允许电流值提高了15-20%。

随着对高速通信的重视，很容易认为信号完整性是唯一必须考虑的方面。然而，可靠和清晰的电源对快速通信至关重要。选择正确的连接器几何结构，以及正确的连接器，在保持清洁电源方面发挥着巨大的作用。

审核编辑：刘清