高性能PCB设计电源、地噪声的挑战

　　电源、地平面作为信号线的参考平面、回流通道，电源、地的噪声会直接串入以其为参考平面的信号。解决电源、地噪声的问题，不仅仅是考虑供电电源的自身电平稳定问题，还是解决高速信号的可靠性问题的重要因素。

　　高速PCB的电源设计首先要理清电源树，分析电源通道合理性。

　　首先，在大电流的载流能力上，必须在考虑裕量的前提下分配恰当的布线宽度;同时，因为实际布线有电阻，从电源输出端到实际负载的路线上有压降，而高速电路器件的电压特别是core电压往往很低，压降对供电效果有直接的影响。电流的载流能力，与线宽、内外层、铜厚度、允许温升相关。

　　其次，在电源的滤波效果上，需要考虑电源的阻抗。因为电源通道实际上不是一个理想的通道，而是有电阻和阻抗的，高速电路在门电路翻转时需要瞬间的电源供给，而电流从电源模块给各个门电路翻转提供能量是需要各级路径分配的，需要时间，这可理解为一个分级充电的过程，

　　可以看到，在高频状态下，器件管脚上的电流首先是由电源、地平面组成的平板电容来供电的，因为由他们组成的供电系统阻抗最低。供电速度最快，但是，这个平板电容存储的电量太小，他们的电荷由小的滤波电容提供，小滤波电容的电荷再由大的BULK储能电容提供，然后开关电源通过电流通道给BULK电容充电，之所以这样，是因为开关电源仅在几K的频率下是低阻抗的、BULK电容仅在几兆的频率下是低阻抗的，小滤波电容仅在几十兆到几百兆的频率下是低阻抗的，电流只有通过层层充电，才能到达器件管脚，满足瞬时供电的需要。Cadence也提供了一个PI分析模块，来分析在不同的功耗下电源平面的阻抗，以及滤波电容的选择是否合理。

　　这个PI仿真工具的理论基础是传输线，采用有限元的方式对电源平面进行划分，把电源和相应的地平面匹配成一对平板电容，并划分成几个区域。

　　工具采用频域分析的方式，板上各个小块的阻抗进行分析，最后得到各点的阻抗图。

　　如果发现某个区域的点的阻抗在目标阻抗以上，就通过重新分配电源平面，或增加滤波电容，降低这个点的目标阻抗，增强对器件管脚的滤波能力。

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