高速数字设计与信号完整性分析:电源分布系统深度探讨
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更新于2024-07-18
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"高速数字设计和信号完整性分析-电源分布系统设计"
在高速数字设计和信号完整性分析中,电源分布系统(Power Distribution System, PDS)的设计至关重要。PDS是电路板设计的基础,它确保了数字信号能获得稳定、低噪声的电压供应。一个良好的PDS应该具备低交流阻抗,以便电流能在电源层和地层之间自由流动,形成低阻抗的回路。
基本概念方面,电源分布系统不仅仅是供电的路径,还包括地线层。在交流信号的视角下,电源层和地层被视为平面,共同为电流提供最低阻抗的回路。PDS的阻抗与所需电流和允许的电压波动百分比有关,即PDS阻抗 = 电源电压 / (100 * 百分比)。
设计目标主要包括:为数字信号提供稳定的电压参考,保证逻辑电路正常工作的电源供给。这需要为逻辑电路提供低阻抗的接地和电源连接,以降低公共通路阻抗(Common-Mode Impedance, CM impedance),防止电源和地之间出现电位差。电位差的产生主要由电源分布系统的寄生电阻(ESR)和寄生电感(ESL)引起,其中ESL在高频时对电源电位差的影响尤为显著。
寄生电感的计算通常基于电源线的几何特性,如长度、间距和直径,对于多层板,还涉及到线宽和层数。减小这些参数可以降低寄生电感,从而改善电源质量。
设计规则强调,PDS应提供无噪声电压和电流,确保数字信号的稳定性。此外,还需要考虑以下几点:
1. 分布电容的使用:去耦电容用于减少电源层与地层之间的交流阻抗,特别是在高频下,它们能够有效地滤除噪声,提高信号完整性。
2. 多层板叠层结构的优化:合理的层叠设计可以减少信号间的干扰,提高电源和地层的耦合,降低串扰。
3. 电流回路设计:确保电流有最小阻抗的路径,避免环路面积过大导致辐射增强。
4. 噪声抑制:通过布局和布线策略减少噪声源的影响,例如将噪声源远离敏感组件,并使用屏蔽或隔离技术。
高速数字设计中的电源分布系统设计是一项复杂的任务,涉及到电路性能、信号质量和电磁兼容性等多个方面。设计师需要综合考虑这些因素,通过精确计算和优化设计来实现高效、稳定的PDS,以满足高速PCB的严格要求。
2018-10-23 上传
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