电子科技大学宣邦楼
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06 电源完整性初步
电路板上,供电输入端电压平稳不波动,芯片供电管脚处电压却波动剧烈,甚至产生严重塌陷——这就是电源完整性(Power Integrity, PI)的研究范畴。
瞬态电流与路径阻抗
芯片所需电流不是恒定的,瞬态电流 会波动,这就需要评估电源能否及时供电。
从电路板的供电入口到芯片管脚,路径阻抗包括电阻 R 和电感 L,掉压公式为:
ΔV = I × R + L × di/dt
其中电感项通常起主要作用。
PDN 电源分配网络
PDN(Power Distribution Network,电源分配网络)的供电路径如下:
- 源头:VRM(电压调节模块)/ LDO(低压差线性稳压器)
- 路径:电阻 R + 电感 L
- 储能电容:去耦电容群,就近补电
- 终点:芯片管脚,即芯片实际得到的供电
供电评估标准
供电不良有三种典型现象:
- 纹波(Ripple):来自于开关电源
- 压降(Drop):来自于负载突变、电源响应慢
- 噪声(Noise):布局布线和接地没做好

在芯片管脚处放置电容可以补救电压塌陷。负载电流突然增大时,电源来不及反应,去耦电容储存的电荷可以快速进行补给。

关于电容的选择与放置:
- 小电容 更靠近芯片管脚,响应最快
- 大电容 容量大,但响应较慢
- 电容必须尽可能紧挨供电管脚,路径过长时,寄生电感增大,响应速度会变慢
电源测量
测量电源时,最容易出错的就是测量方法本身。
推荐的测量设置:
- 示波器设置为 AC 交流耦合
- 开启 20MHz 带宽限制
- 使用接地弹簧(而非接地夹),接地弹簧需要紧挨芯片旁的地,以减少空间干扰带来的噪声。
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