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硬件電路設計需要電源完整性
在硬件電路設計中，電源完整性非常重要。因現代PCB上的電路需要電壓和電流保持在其供電網絡（PDN）內的所需水平，且變化很小。波動太大的功率會破壞信號的預期性能，并產生錯誤的響應。
當您嘗試查找和糾正這些問題時，此類問題可能會在調試階段引起您大量的精力。為了避免這些麻煩，重要的是要創建一個具有良好PDN的硬件電路設計。但是，在進入該池的最深層之前，您應該首先了解什么是電源完整性。我們將在這里簡要介紹硬件電路設計中的電源完整性的基礎知識，以幫助您入門。
電源完整性：為組件供電
電路板上的不同設備都需要向其供電。多年以前，電路板上的通用集成電路（IC）設備只有一個電源和一個接地引腳。那時為印刷電路板提供電源網絡很容易。您只需在板層堆疊中創建一架用于供電的飛機和一架用于接地的飛機。然后，您可以將IC的電源和接地引腳連接到適當的平面，插入一些旁路電容，然后保存！大功告成 然而，如今，PCB中使用的復雜IC的電源需求變得更加復雜。
現在的電路板仍將具有電源和接地平面，但是管理電源傳輸網絡比將IC的電源和接地引腳簡單連接到它們要復雜得多。每個IC將需要提供嚴格控制以符合其電源要求的電源。電路板上良好的電源傳輸網絡的目標是提供穩定的參考電壓，并以可接受的噪聲和容忍水平將功率分配給所有設備。仔細管理電路板上所有設備的電源，以保持一致的電壓水平，這就是所謂的電源完整性。
仔細設計硬件電路的電源和接地層對于良好的電源完整性至關重要
實現良好的電源完整性的挑戰
當板上的設備本質上更簡單，只有一個電源和一個接地連接時，噪聲容忍度就不那么嚴格了。使用額外的電容器可以輕松控制過多的噪聲。這些設備中的開關速度也不會產生與當今高速設備相同的問題。
如今，隨著處理器芯片采用大型球柵陣列（BGA）封裝，對功率的要求更加嚴格。這些設備中有數百個電源和接地引腳，每個設備可能需要多個電源電壓，其中一些電壓會降低到一伏以下。這些引腳還為處理器完成工作時拉動了許多安培電流，而要提供“干凈”的電源，則需要龐大的電容器網絡。
為了理解所有這些工作原理以及如何更好地滿足這些復雜設備的電源需求，對電源完整性的研究變得非常重要。在電路板上創建良好的電源完整性意味著了解電源將如何通過硬件電路設計的PDN傳播。這包括從電源到布線和過孔，電源和接地層對，電容器以及設備本身的所有內容。
板層堆疊中的電源平面配置對于電源完整性也很重要
其他電源和地面問題
電源完整性還與電源傳輸網絡的其他一些問題聯系在一起。其中一些包括：
接地反彈：也稱為同時切換噪聲或SSN，當許多信號同時切換時會發生接地反彈。當處理器寫入內存，并且數據信號全部同時切換時，可能會發生這種情況。如果信號由于切換的速度而沒有完全回到參考地電平，則它們會在信號上方“反彈”。這種地面反彈噪聲會產生錯誤的開關，并有可能破壞或關閉設備。
電源紋波：電源的開關特性會引起電源紋波。這些紋波可能會在相鄰電路中產生串擾，從而損害信號的準確性。再次，這可能導致電路中斷。
電磁干擾（EMI）：如果未正確配置，如何在硬件電路設計堆疊中布置電源平面會導致EMI問題。電源和接地層可以通過屏蔽信號層來幫助防止EMI影響信號層的性能，但前提是信號層位于這些層之間。
返回路徑：必須設計電路板的平面，以保留好的信號返回路徑。不幸的是，電源要求通常會留下大量的孔用于連接通孔和縫合通孔，并且多個電源可能會決定需要分離平面。所有這些都可能阻礙信號的良好返回路徑，從而導致信號完整性較差。
所有這些問題都必須與硬件電路設計分析一起考慮，以確保良好的電源完整性。上面概述的許多問題都可以通過戰略性地放置電容器和電阻器以及精心布置的電源平面來解決。
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