电源完整性(PI)概述.docx
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2021-07-31
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电源完整性(PI)概述
一、电源完整性是指电源波形的质量，研究的是电源分配网络 (PDN) ，并从系统供电
网络综合考虑，消除或者减弱噪声对电源的影响。电源完整性的设计目标是把电源
噪声控制在运行的范围内，为芯片提供干净稳定的电压，并使它能够维持在一个很
小的容差范围内(通常为
5% 以内 )，实时响应负载对电流的快速变化，并能够为其他
信号提供低阻抗的回流路径。
二、电源噪声的主要来源：供电模块 (VRM) 的输出噪声 、走线的直流电阻与寄生电
感、同步开关噪声 (SSN) 、电源与地平面谐振噪声、临近电源网络耦合噪声、其他部
件耦合噪声。VRM 供电模块通常包括 LDO
和 DC/DC
两种。
大量的芯片引脚在进行逻辑状态切换时，会有一个大的瞬态电流流过回路，造成地
平面的波动，会造成芯片的地与系统地不一致，称为地弹；造成芯片和系统的电源
有差压，称为电源弹。在进行 PCB 叠层设计时，尽可能增大电源平面叠层之间的垂
直距离，减少电源平面和地平面之间的垂直间距。下图是实际的电源/地信号的示意
图。
三、电源波动的分析：电源之所以会产生波动，是因为实际的电源平面总是存在阻
抗的，这样在瞬间电流流过时，就会产生一定的电压浮动，大部分数字电路器件对
电源波动的要求在正常电压的正负
5% 范围之内 。为了保证每个芯片都能够正常供电，
就需要对电源的阻抗进行控制 ( 即降低电源平面的阻抗 ) 。对于器件的供电系统来说，
需要在一定的时间内，以恒定的电压向负载提供足够的电流。因此保证足够低的电
源目标阻抗，是实现电源完整性设计的唯一方法。 电源目标阻抗 = 最大允许纹波电
压 / 瞬时动态电流 。当然，目标阻抗设计方法是目前进行电源完整性设计的有效可
靠的方法。目前在电子系统内，对于电源系统整体的供电阻抗要求小于
0.001
欧姆 。
PDN 导体上的轨道塌陷或电压噪声的根本原因在于，流过 PDN 阻抗的芯片电流导致
PDN 互连上产生了电压降。
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