电源完整性问题是指什么？电源完整性分析

来源：开云的网站是多少发布时间：2024-02-22 23:24:11

。电源完整性问题是指电源的电压、纹波及噪声不满足系统的工作要求，通过合理的电源设计能减小电源塌陷等电源完整性问题，提高系统的稳定性。

电流从供电模块输出，流经PCB板、芯片封装，最终到达负载芯片给其供电的完整供电路径称之为电源分配网络(PDN)，除此之外，它还包含有大量PCB板及芯片封装上的去耦电容。即电源分配网络是电流所经过的所有结构和器件组成的系统，如下图所示。

在上图所示的电源分配网络中，电流从电源模块VRM)输出后经PCB板上的走线、过孔等结构，通过BGA焊球到达芯片封装，然后经过芯片封装上的走线，进入到封装内部的Die上，给芯片进行供电，其路径中还包括电阻、去耦电容、电感等无源器件。走线、过孔、电阻和去耦电容等都会给电源供电网络带来寄生电感、寄生电容和寄生电阻的影响，导致电源供电网络并不是理想的供电网络。另外，芯片内部的开关速度慢慢的变高，供电电压慢慢的变低，其对电源配送网络的设计提出了更高的要求。

在高速数字电路中，当数字集成电路加电工作时，它内部的门电路输出会发生从高到低或者从低到高的状态转换，这时会产生一个瞬间变化的电流△i，这个电流在流经回流路径上存在的电感时会形成交流压降，从而引起噪声，当同时发生状态转换的输出缓冲器较多时，这个压降将足够大，因此导致电源完整性问题，我们将这种噪声称为同步开关噪声(SSN)，也叫△i 噪声。

同步开关噪声主要是伴随着器件的同步开关输出(Simultaneous Switch Output，SSO)而产生，开关速度越快，瞬间电流变化越显著，电流回路上的电感越大，则产生的SSN越严重。基本公式为：VSSN=NLLoop(di/dt)，其中N是同时开关的驱动器的数目，LLoop为整个回流路径上的电感，i是每个驱动端的电流，而VSSN就是同步开关噪声的大小。这个公式看起来简单，但真正分析起来却不那么容易，因为不但需要对电路做到合理的建模，还要判断各种可能的回流路径，以及分析不同的工作状态。

同步开关噪声的产生能够最终靠下图所示的原理图来解释，其中，封装模型包括自身的电感和封装之间的互电感(互电感没有在图中标出)，由于电阻对开关噪声的影响很小，为了简化讨论，这里忽略其影响，系统的接收器用电容表示。

我们可以将同步开关噪声分为两种：芯片内部(on-chip)开关噪声和芯片外部(off-chip)开关噪声。当驱动器3开关输出，驱动器1作为接收端时，产生的噪声称为芯片内部开关噪声；当驱动器1或驱动器2开关输出，将信号传输到系统的接收器时，产生的噪声称为芯片外部开关噪声。两种情况下封装电感的影响各不相同。

在上图中，当驱动器3跳变时，它必须对驱动器1的输入电容进行充放电。驱动器3由高电平到低电平转换时的电流路径如下图所示，驱动器3对驱动器1下方的电容进行放电，放电回路如虚线所示，电流完全在芯片内部，不会产生互连噪声；同时对驱动器1上方的电容充电，充电回路如实线出低到高转换时，驱动器主上方的电容被放电，同时下方的电容被充电，电流路径不变。