S-PI 在高速 PCB 板设计中应用
在 PCB 设计中，高速电路的布局布线和质量分析无疑是工程师们讨论的焦点。尤其是如今的电
路工作频率越来越高，例如一般的数字信号处理(DSP)电路板应用频率在 150－200MHz 是很常见的，
CPU 板在实际应用中达到 500MHz 以上已经不足为奇，在通信行业中 Ghz 电路的设计已经十分普及。
所有这些 PCB 板的设计，往往是采用多层板技术来实现。在多层板设计中不可避免地为采用电源层
的设计技术。而在电源层设计中，往往由于多种类的电源混合应用而使得设计变为十分复杂。
那么萦绕在 PCB 工程师中的难题有哪些？
PCB 的层数如何定义？包括采用多少层？各个层的内容如何安排最合理？如应该有几层地，信号层和
地层如何交替排列等等。
如何设计多种类的电源分块系统？如 3.3V, 2.5V, 5V, 12V
等等。电源层的合理分割和共地问题是 PCB 是否稳定的一个十分重要的因素。
如何设计去耦电容？利用去耦电容来消除开关噪声是常用的手段，但如何确定其电容量？电容放置在
什么位置？什么时候采用什么类型的电容等等。
如何消除地弹噪声？地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的？
回路（Return Path）噪声如何消除？很多情况下，回路设计不合理是电路不工作的关键，而回路设计
往往是工程师最觉得束手无策的工作。
如何合理设计电流的分配？尤其是地电层中电流的分配设计十分困难，而总电流在 PCB 板中的分配
如果不均匀，会直接明显地影响 PCB 板的不稳定工作。
另外还有一些常见的如上冲，下冲，振铃(振荡)，时延，阻抗匹配，毛刺等等有关信号的奇变问题，
但这些问题和上述问题是不可分割的。它们之间是因果关系。
总的来说，设计好一个高质量的高速 PCB 板，应该从信号完整性(SI---Signal Integrity)和电源完整
性(PI---Power Integrity )两个方面来考虑。尽管比较直接的结果是从信号完整性上表现出来的，但究其
成因，我们绝不能忽略了电源完整性的设计。因为电源完整性直接影响最终 PCB 板的信号完整性。
有一个十分大的误区存在于 PCB 工程师中间，尤其是那些曾经使用传统 EDA 工具来进行高速 PCB
设计的工程师。有很多工程师曾经问过我们：“为什么用 EDA 具的 SI 信号完整性工具分析出来的结果
和我们用仪器实际测试的结果不一致，而且往往是分析的结果比较理想？”其实这个问题很简单。
引起这个问题的原因是：一方面是 EDA 厂商的技术人员没有解释清楚；另一方面是 PCB 设计人员
的对仿真结果的理解问题。我们知道，目前中国市场上使用比较多的 EDA 工具主要是 SI（信号完整
性）分析工具，SI 是在不考虑电源的影响下基于布线和器件模型而进行的分析，而且大多数连模拟器
件也不考虑（假定是理想的），可想而知，这样的分析结果和实际结果肯定是有误差的。因为大多数
情况下，PCB 板中电源完整性的影响比 SI 更加严重。
目前，虽然有些 EDA 厂商也已经部分的提供 PI（电源完整性）的分析功能，但由于它们的分析功
能和 SI（信号完整性）完全分开进行，用户依然没有办法看到和实际测试结果接近的分析报告。PI 和
SI 是密切关联的。而且很多情况下，影响信号奇变的主要原因是电源系统。
例如，去耦电容没有设计好，地层设计不合理，回路影响很严重，电流分配不均匀，地弹噪声太大
等等。
作为 PCB 设计工程师，其实很希望看到接近于实际结果的分析报告，那样就便于校正和排除故障，
做到真正意义上的仿真设计的效果。SPI 工具的出现使得上述的讨论变为可能。SPI 的英文缩写是
Signal-Power Integrity, 顾名思义， 它是将 SI 信号完整性和 PI 电源完整性集成于一体的分析工具。使
得 SI 和 PI 从此不再孤立进行 APSIM-SPI 是行业中第一家，也是唯一一家将信号完整性和电源完整性
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