本文主要介紹電路板層面的電源完整性設(shè)計,主要指標有以下幾個:
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保證芯片電源輸入引腳的電壓紋波噪聲滿足規(guī)格要求(比如芯片電源管腳的輸入電壓要求1V之間的誤差小于±50 mV);
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控制地彈(同步切換噪聲SSN、同步切換輸出SSO等);
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降低電磁干擾(EMI)并且符合電磁兼容性(EMC),PDN是電路板上最大型的導體,因此也是最容易發(fā)射及接收噪聲的天線。
紋波和噪聲往往被混為一談,其實紋波和噪聲是有區(qū)別的,紋波是指在電源輸出的時候,電源自身開關(guān)引起的一種固定頻率波動的現(xiàn)象,紋波一般跟電源的開關(guān)頻率同步,由電容的充放電、PWM調(diào)節(jié)等產(chǎn)生。噪聲是一個籠統(tǒng)的說法,包含很多種的成分,既包括底噪、電磁耦合、電源平面的諧振等,同時也包括電源自身的噪聲。噪聲主要是來自板上用電器件,隨著用電器件內(nèi)驅(qū)動、接收開關(guān)變化,電源網(wǎng)絡(luò)上的電流也會隨之變化,電流的變化也引起了電壓的波動,因此這一部分的噪聲占電源噪聲的很大比重,其他的像電磁耦合等占的比重一般較小,但是在設(shè)計中也應該避免這些情況的發(fā)生。
在測試紋波的時候需要使用20MHz的帶寬限制,目的是為了把高頻的噪聲去掉,位置要選擇在電源輸出位置,抓到真實的電源紋波。在測試電源噪聲的時候不做帶寬限制,目的是最大可能獲取真實情況,位置選擇可不固定,可在電源輸出端,也可在用電芯片電源引腳端,但一般來說,在用電芯片引腳端測試噪聲更有參考意義,這樣才包含了整個PDN的噪聲。但在工程上,在對電源進行測試時,一般并不刻意地把紋波和噪聲分開,測量的是紋波和噪聲兩者的合成干擾,用峰峰值表示。回溝
除了紋波和噪聲外,電源部分經(jīng)常被忽略的一個指標就是電源的上升單調(diào)性,啟動過程中,電源電壓保持單調(diào)爬升非常重要,只有這樣才能確保器件成功開啟。一般的器件都給出了嚴格的電壓單調(diào)上升要求,即電源電壓應該連續(xù)上升至所設(shè)置的穩(wěn)壓值,中間不應發(fā)生跌落。如果電源不能提供足夠的輸出功率,則會造成跌落。上電過程電源不是線性增加,而會出現(xiàn)電壓降低的現(xiàn)象,稱為上電回溝。
產(chǎn)生回溝的主要原因是:
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上電時序:線性上電時,后端的電突然起來導致有回溝。
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芯片自身的電壓倒灌。某一路電源受其他電源的影響,會導致該路出現(xiàn)倒灌的現(xiàn)象。
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電源負載突然增加或者變動。芯片啟動過程中,負載突然啟動大量電流消耗,導致電源輸出功率不夠造成的。