PCB設計(jì)中的電(diàn)源信号完整性的考慮

        在電(diàn)路設計(jì)中，一般我們很(hěn)關心信号的質量問題，但(dàn)有(yǒu)時(shí)我們往往局限在信号線上(shàng)進行(xíng)研究，而把電(diàn)源和(hé)地當成理(lǐ)想的情況來(lái)處理(lǐ)，雖然這樣做(zuò)能使問題簡化，但(dàn)在高(gāo)速設計(jì)中，這種簡化已經是行(xíng)不通(tōng)的了。盡管電(diàn)路設計(jì)比較直接的結果是從信号完整性上(shàng)表現出來(lái)的，但(dàn)我們絕不能因此忽略了電(diàn)源完整 性設計(jì)。因為(wèi)電(diàn)源完整性直接影(yǐng)響最終PCB闆的信号完整性。電(diàn)源完整性和(hé)信号完整性二者是密切關聯的，而且很(hěn)多(duō)情況下，影(yǐng)響信号畸變的主要原因是電(diàn)源系統。例如，地反彈噪聲太大(dà)、去耦電(diàn)容的設計(jì)不合适、回路影(yǐng)響很(hěn)嚴重、多(duō)電(diàn)源/地平面的分割不好、地層設計(jì)不合理(lǐ)、電(diàn)流不均勻等等。 

    1) 去耦電(diàn)容 
    我們都知道(dào)在電(diàn)源和(hé)地之間(jiān)加一些(xiē)電(diàn)容可(kě)以降低(dī)系統的噪聲，但(dàn)是到底在電(diàn)路闆上(shàng)加多(duō)少(shǎo)電(diàn)容?每個(gè)電(diàn)容的容值多(duō)大(dà)合适?每個(gè)電(diàn)容放在什麽位置更好?類似這些(xiē)問題我們一般都沒有(yǒu)去認真考慮過，隻是憑設計(jì)者的經驗來(lái)進行(xíng)，有(yǒu)時(shí)甚至認為(wèi)電(diàn)容越少(shǎo)越好。在高(gāo)速設計(jì)中，我們必須考慮電(diàn)容的寄生(shēng)參數(shù)，定量的計(jì)算(suàn)出去耦電(diàn)容的個(gè)數(shù)以及每個(gè)電(diàn)容的容值和(hé)放置的具體(tǐ)的位置，确保系統的阻抗在控制(zhì)範圍之內(nèi)，一個(gè)基本的原則是需要的去耦電(diàn)容，一個(gè)都不能少(shǎo)，多(duō)餘的電(diàn)容，一個(gè)也不要。 

    2) 地反彈 
    當高(gāo)速器(qì)件的邊緣速率低(dī)于0.5ns時(shí)，來(lái)自大(dà)容量數(shù)據總線的數(shù)據交換速率特别快，當它在電(diàn)源層中産生(shēng)足以影(yǐng)響信号的強波紋時(shí)，就會(huì)産生(shēng)電(diàn)源不穩定問題。當通(tōng)過地回路的電(diàn)流變化時(shí)，由于回路電(diàn)感會(huì)産生(shēng)一個(gè)電(diàn)壓，當上(shàng)升沿縮短(duǎn)時(shí)，電(diàn)流變化率增大(dà)，地反彈電(diàn)壓增加。此時(shí)，地平面(地線)已經不是理(lǐ)想的零電(diàn)平，而電(diàn)源也不是理(lǐ)想的直流電(diàn)位。當同時(shí)開(kāi)關的門(mén)電(diàn)路增加時(shí)，地反彈變得(de)更加嚴重。對于128位的總線，可(kě)能有(yǒu)50_100個(gè)I/O線在相同的時(shí)鍾沿切換。這時(shí)，反饋到同時(shí)切換的I/O驅動器(qì)的電(diàn)源和(hé)地回路的電(diàn)感必須盡可(kě)能的低(dī)，否則，連到相同的地上(shàng)的靜止将出現一個(gè)電(diàn)壓毛刷。地反彈随處可(kě)見，如芯片、封裝、連接器(qì)或電(diàn)路闆上(shàng)都有(yǒu)可(kě)能會(huì)出現地反彈，從而導緻電(diàn)源完整性問題。 
    從技(jì)術(shù)的發展角度來(lái)看，器(qì)件的上(shàng)升沿将隻會(huì)減少(shǎo)，總線的寬度将隻會(huì)增加。保持地反彈在可(kě)接受的唯一方法是減少(shǎo)電(diàn)源和(hé)地分布電(diàn)感。對于，芯片，意味着，移到一個(gè)陣列晶片，盡可(kě)能多(duō)地放置電(diàn)源和(hé)地，且到封裝的連線盡可(kě)能短(duǎn)，以減少(shǎo)電(diàn)感。對于，封裝，意味着移動層封裝，使電(diàn)源的地平面的間(jiān)距更近，如在BGA封裝中用的。對于連接器(qì)，意味着使用更多(duō)的地引腳或重新設計(jì)連接器(qì)使其具有(yǒu)內(nèi)部的電(diàn)源和(hé)地平面，如基于連接器(qì)的帶狀軟線。對于電(diàn)路闆，意味着使相鄰的電(diàn)源和(hé)地平面盡可(kě)能地近。由于電(diàn)感和(hé)長度成正比，所以盡可(kě)能使電(diàn)源和(hé)地的連線短(duǎn)将降低(dī)地噪聲。 

    3) 電(diàn)源分配系統 
    電(diàn)源完整性設計(jì)是一件十分複雜的事情，但(dàn)是如何近年控制(zhì)電(diàn)源系統(電(diàn)源和(hé)地平面)之間(jiān)阻抗是設計(jì)的關鍵。理(lǐ)論上(shàng)講，電(diàn)源系統間(jiān)的阻抗越低(dī)越好，阻抗越低(dī)，噪聲幅度越小(xiǎo)，電(diàn)壓損耗越小(xiǎo)。實際設計(jì)中我們可(kě)以通(tōng)過規定最大(dà)的電(diàn)壓和(hé)電(diàn)源變化範圍來(lái)确定我們希望達到的目标阻抗，然後，通(tōng)過調整電(diàn)路中的相關因素使電(diàn)源系統各部分的阻抗(與頻率有(yǒu)關)目标阻抗去逼近。