电源完整性
提示：此条目页的主题不是电路完整性。电源完整性（Power integrity）简称PI，是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。电源完整性在现今的电子产品中相当重要。有几个有关电源完整性的层面：晶片层面、晶片封装层面、电路板层面及系统层面。在电路板层面的电源完整性要达到以下三个需求[1]:615：
- 使晶片引脚的电压涟波比规格要小一些（例如电压和1V之间的误差小于+/-50 mV）
- 控制接地反弹（也称为同步切换杂讯SSN、同步切换输出SSO）
- 降低电磁干扰（EMI）并且维持电磁兼容性（EMC）：电源分布网路（PDN）是电路板上最大型的导体，因此也是最容易发射及接收杂讯的天线。
- 在大电流的负载维持适当的直流电压。现代的处理器或是现场可编程逻辑门阵列（FPGA）可以在小于1 V的电源轨提供1–100 A的电流，其电压裕度在数十mV[2][3]。电源分布网路上允许的直流电压降很小。
电源分布网路
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电源分布网路（power distribution network）是指从电源经过印刷电路板（PCB）以及集成电路封装到裸晶的电流路径[4]，其作用是在小电压降的要求下，传送电力到裸晶，而且因为裸晶动态电流产生的涟波电压也要很小。若从VRM（电压调节模组）到集成电路的平面或是电源路径上的电阻太大，就会有直流电压降。这可以用提升电压调节模组的电压来改善，或是增加集成电路端的电源回授信号。
动态电流一般是因为电晶体开关所造成，一般是因为时脉信号所引发的。动态电流可能会比集成电路的静态电流（内部漏电流）要大很多。电流的快速变化可能会拉低电压轨上的电压，或是使其产生电压突波。此电流变化要比电压调节模组的反应要快很多。切换电流需要透过去耦电容来改善。
杂讯或是电压涟波会因为其频率不同，有不同的处理方式。最高频的需在裸晶上处理，透过裸晶上的杂散耦合以及金属板之间的电容耦合来去耦。频率在100 MHz以上的讯号需要在封装上处理，利用封装上的电容处理。频率在100 MHz以下的杂讯会用电路板的平面电容以及去耦电容来处理。用在不同频段的电容器其种类、容值以及尺寸都有不同。因此需要使用不同尺寸的多个电容，让电源分布网路在宽频率范围下都有低阻抗[5]。
电容器的尺寸会影响其杂散电感。杂散电感会在特定频率产生阻抗突波，一般来说尺寸较小的电容器会比较好。电容的摆放位置重要性会依其频率范围而不同。容值越小的电容需要最接近裸晶，以减少交流电流回路面积。若是microfarad等级的电容器，其位置就比较不受限制[6]。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Bogatin, Eric. Signal and Power Integrity - Simplified. Pearson Education. 13 July 2009. ISBN 978-0-13-703503-8.
- ^ Simulating FPGA Power Integrity Using S-Parameter Models (PDF). Xilinx. [2018-03-18]. （原始内容存档 (PDF)于2022-03-02）.
- ^ Virtex-7 T and XT FPGAs Data Sheet: DC and AC Switching Characteristics (PDF). Xilinx. [2018-03-18]. （原始内容存档 (PDF)于2022-03-15）.
- ^ Fundamentals of Signal and Power Integrity (PDF). Christian Schuster. [2018-03-18]. （原始内容存档 (PDF)于2022-10-02）.
- ^ Effective Power/Ground Plane Decoupling for PCB (PDF). IBM. [2018-03-18]. （原始内容存档 (PDF)于2024-03-27）.
- ^ Introduction to Power Integrity (PDF). PICOTEST, Keysight. [2018-03-18]. （原始内容存档 (PDF)于2024-03-27）.