在高速PCB设计中,电源系统设计不当是会引起信号畸变,主要表现形式有:地反弹噪声太大、旁路电容的设计不合适、回路影响严重、多电源/地层设计不合理、电流不均匀等。因此要想解决这些问题,最好的方法是做好电源完整性,尽量做好相关设计。
一般来说,影响电源完整性的因素有同步切换和地弹、非理想的电源分配系统阻抗、旁路电容、谐振及边缘效应。
1、同步切换和地弹
在电路中有大的电流涌动时会引起地弹,如大量芯片的输出同时开启时,会产生一个较大的瞬态电流在芯片与PCB板的电源平面流过。芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,在地平面(OV)上产生电压的波动和变化,这个噪声会影响其他元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。
同步切换噪声给信号传输带来的影响更为显著,由于地引线和平面存在寄生电感,在开关电流的作用下,会造成一定的电压波动,也就是说器件的参考地已经不再保持零电平,这样,在驱动端,发送低电平时会出现相应的噪声电压,当信号相位和地面噪声相通,同时导致信号的下降变缓;在接收端,信号的波形同样会受到地噪声的干扰,不过这时的干扰波形和地噪声相位相反。
2、非理想的电源分配系统阻抗
电源噪声的产生在很大程度上归结于非理想的电源分配系统。所谓电源分配系统,其作用就是给系统内的所有器件提供足够的电源,这些器件不但需要足够的功率消耗,同时对电源的平稳性也有一定的要求。电源电压之所以波动,就是因为实际的电源平面总是存在着阻抗,这样,在瞬间电流通过的时候,就会产生一定的电压降和电压摆动。为了保证每个器件始终都能得到正常的电源供应,就需要对电源分配系统的阻抗进行控制,也就是尽可能降低其阻抗。
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