电源完整性分析

     电源完整性这一概念是以信号完整性为基础的,两者的出现都源自电路开关速度的提高。当高速信号的翻转时间和系统的时钟周期可以相比时,具有分布参数的信号传输线、电源和地就和低速系统中的情况完全不同了。
     信号参考层的不完整往往会造成信号回流路径变化多端,从而引起信号质量变差和产品的性能变差,并直接影响信号完整性。为了提高信号质量、产品的性能,人们开始研究怎样为信号提供一个稳定、完整的参考平面,并随之提出了电源完整性的概念。电源完整性设计已成为高速设计新的难点和重点。
     电源完整性的作用是为系统所有的信号线提供完整的回流路径。但在技术高速发展以及生产成本的控制下,往往不能为所有的信号线提供理想而完整的回流路径。这就是说,在高速电路中,不能够简单地将电源和地当作理想的情况来处理。这主要是因为地弹噪声太大、去耦电容设计不合理、回流影响严重、多电源地平面的分割不当、地层设计不合理、电流分配不均匀、高频的趋肤效应导致系统阻抗变化等诸多因素都会破坏电源完整性。
     我们也可使用电源完整性分析工具PowerGrid。PowerGrid可以分析IC和电路板上电源分布网络的IR下降和地线反弹。基于一个2.5维全波仿真器，该工具提供了一个可以计算电压与电流密度分布的直流分析模块和一个计算S、Y、Z参数的交流分析模块。
随着PCB和MCM设计功能越来越多，复杂度越来越高，使用的频率也就越来越高。功能和速度的增加，导致瞬态电流也就增加。大面积的电源和地平面就是为了满足这个需要而设计的。但是由于设计的复杂性，例如多种电源和多种地需要同时使用，使得地电平面被分割而成为有缺陷的平面。由此可能会产生感应噪声，当这种噪声大到一定程度时，会影响集成电路的功能和性能。这种噪声是指Delta-I、地弹或瞬态交换噪声。去耦电容可以减少这些噪声。目前，电源和地平面的噪声只能通过对原型产品的测量或由有经验的工程师凭他们的经验来控制。经常凭经验把去耦电容的容量设定为默认值。实践中，去耦电容数量、容量值以及电容的放置位置都与频率有关，要确定其最佳值的确是件非常困难的事。为了正确预测电容的有效性，需要精确考虑瞬态电流和电源实际的供电路径。一旦做到了这一点，则电源/地平面上的噪声就可以看到了，也就可以通过在适当的地方放置适当容量的电容从而有效地控制其噪声。
     我们为用户提供以下服务：在PCB制作前就可以对地电平面、电容值、电容的放置位置、电容的类型等进行评估。精确而快速地对非常大而复杂的PCB模拟出随频率变化的阻抗；预测在电源供电点或IC的电源脚在一定频率范围内的阻抗，评估去耦电容的有效性；把带有裂缝、分割以及上千个过孔的电源和地平面建模为一个简明的SPICE格式的模型处理任意形状的地/电源平面；根据预设的测试点配置模型；提取和显示电源和地平面中随频率变化的Z、Y、H、S矩阵；评估电容值和与频率有关的电容模型；评估电容放置位置、改变PCB的层次堆叠结构或用CAD改变地电平面的结构等,给用户提供准电源完整性分析。