PI分析的目标

电源完整性设计的目的：

1.控制电源噪声，提供干净稳定的电压；

2.实时响应负载对电流的快速变化；

3.为其他信号提供低噪声回流路径

电源产生波动的原因是实际电源平面存在阻抗，在瞬间电流流过时会产生一定的电压浮动。因此，就要保证足够低的电源平面的阻抗，实现电源的完整性设计。电源系统的目标阻抗定义为：

电源目标阻抗=最大允许文波电压/瞬时动态电流，即ZPDN=V*Ripple/△Imax其中，V是电源电压，Ripple是允许的电压波动范围，一般为5%或3%，△Imax为负载芯片的最大瞬态电流变化量，可以采用负载最大工作电流的一半。

对电源与地平面间的阻抗特性分析可以采用仿真软件进行，可以得到一个PDN（电源分配网络）的输入阻抗，例如下图所示：

PDN网络的输入阻抗

由于不能确定电源的负载电流工作频点，设计要求整个频率范围内都要满足PDN的目标阻抗。虽然因去耦的需求会使用更多的电容，但是使设计具有广泛的实用性。

如下图所示是上图例子中加入高低频去耦电容后的PDN网络的频率阻抗特性：

加入高低频去耦电容后的PDN网络的频率阻抗特性

PI分析的设计实现方法

1.电源供电模块VRM设计

供电模块VRM一般放置在电源入口，指DC/DC和LDO，对于此类电路的噪声是由稳压芯片决定的，只能根据Datasheet进行详细设计，合理布局布线。

2.直流压降及通流能力

此类噪声主要由走线的直流电阻与寄生电感造成，需要考虑线路板过孔的通流能力，同时也要考虑线宽与电流的关系，如下图所示。

当电流通过狭窄区域时，会产生较大的电流密度，从而导致PCB局部温度升高。我们应该使板上的电流密度分布均匀，最大值不要超过常用的经验门限（100A/mm2），避免出现走线局部电流密度大导致热可靠性问题。

常温下铜皮走线的最大通流能力

3.电源内层平面的设计

PCB内层的电源平面不但可以给器件提供电源，还为信号提供回流。电源平面和地平面都可以作为信号的回流路径，但地信号在单板的分布比单一电源网络要广，地过孔在PCB广泛分布，回流信号会沿着地孔回流到另一个地平面。

电源平面和地平面会构成平面电容，且随着平面距离越小，容值越大，这为高速信号门电路的快速翻转提供能量保障。因此在PCB叠层设计时，应尽可能使电源平面与地平面成对出现且距离接近，距离一般控制在5mil内，最大不超过10mil。若电源平面和地平面之间的距离较大，则需要在芯片电源和地之间额外加去耦电容，增强电源和地平面之间的电容耦合性。

为了使电源具有良好的完整性，元器件布局时一般以相邻面为地平面参考层。在设计走线参考平面层时，尽可能让所有高速信号的参考平面都选择地平面为参考平面。增加地平面参考层是改善信号质量及PCB EMC特性的有效设计方法。信号层需要避免直接相邻，防止信号互相干扰，如无法避免则两个信号层之间走线应采用横平竖直的走线，不重叠走线，增大两个相邻信号层之间的间距。

对于BGA类供电电源，有时需要在一个电源平面上布置多个电平的电源，这就需要进行电源平面的分割。分割时应尽可能使各平面的边界形状规则，面积尽可能大。举例如下图所示：