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PCB 设计软件中的电源完整性分析
PCB 设计软件中的电源完整性分析
电源完整性问题在现代 PCB 中比比皆是，尤其是运行速度快的高速电路板。这些系统需要精确设计 PDN 阻抗，以确保在整个系统中始终提供稳定的电源。如果不仔细考虑 PDN 特性阻抗，当快速信号切换状态时，您就有在配电网络中产生纹波和噪声的风险。
一些设计人员可能想知道什么是电源完整性分析：它是一组用于了解组件如何获取电源以及电路板结构如何影响稳定电源的方法。当您使用 Altium Designer 等应用程序时，电路板设计中的电源完整性分析过程要简单得多。借助集成的工具集和连接到外部应用程序的连接器，您可以识别并解决许多常见的电源完整性问题。
一个统一的 PCB 设计应用程序，为专业设计师提供全套受控阻抗布线功能。
在高电压、高速、高电流或高频条件下运行的专业设计在运行过程中可能会遇到一系列信号完整性和电源完整性问题。有一系列从电源完整性问题开始的信号完整性问题，需要在设计阶段的早期解决这些问题。电源完整性分析旨在识别电路板中电源传输的许多问题，这些问题可能会在以后导致信号完整性问题。
为了解决常见的电源完整性问题，设计人员必须拥有一套最好的分析工具来计算和解决成品电路板布局中的电源完整性问题。Altium Designer 包括这些重要的电源完整性工具以及更多工具，可帮助您在创建高质量 PCB 时保持高效。
解决最常见的电源完整性问题
每个电路板都会有一些常见的电源完整性问题，需要通过检查 PDN 来识别。PDN 阻抗、S 参数、Z 参数、直流电流密度和电压都是作为电子系统电源完整性分析的一部分进行检查和计算的重要点。在某些系统中，电源完整性问题很小，在测量中可能不会被注意到。然而，在具有快速信号边缘速率的高速 PCB 中，可以观察到许多常见的电源完整性问题，并可能导致系统故障。
电路板中可能出现的一些常见电源完整性问题包括：
高 PDN 交流阻抗和/或直流电阻
电源轨倒塌和地弹
由于弱去耦引起的辐射发射
产生过多的热量
高压静电放电
电路板中的直流电阻取决于电源平面和互连的尺寸，它是了解电源完整性的起点。一旦解决了电路板的这方面问题，设计人员就可以采取措施确保它们满足目标阻抗目标，以防止因供电不稳定而引起的信号完整性问题。
解决常见的直流电源完整性阻抗计算
由于直流电阻、电流密度和电压分布对于电源完整性非常重要，设计人员需要 Altium Designer 中的 PDN 分析器等分析工具。该仿真引擎旨在直接从您的 PCB 布局执行直流电源完整性计算。然后，您可以在原型设计运行之前识别出电流和热量产生过多的电路板区域。
确保您了解影响 PDN 电阻和总阻抗的因素。
在设计 PCB 电源平面时，请务必先计算 PDN 的载流能力，并确保您的设计具有所需的直流电阻。
直流电源完整性计算器将向您显示整个电源平面和供电子系统中的直流电阻、电流密度和电压分布。
轻松计算和跟踪供电网络中的直流电流密度。
高速设计的电源完整性分析
高速 PCB 依靠精确的传输线阻抗来确保设计正确运行，但它们也需要非常低的供电网络阻抗。高速数字系统的电路板在设计时考虑了目标阻抗。PCB 叠层、选定的去耦电容器和 PCB 层压板厚度共同决定了 PDN 的阻抗，该阻抗旨在满足目标阻抗谱。
保持低 PDN 阻抗对于确保高速组件在切换时不会产生电源轨纹波和地弹很重要。如果 PDN 阻抗足够低，则系统中不会注意到这些影响。一旦计算出 PDN 中的平面阻抗，现在就可以确定任何电源轨纹波和噪声是否会导致功率输出超出允许的限制。
在 Altium Designer 中为低 PDN 阻抗设计最佳 PCB 叠层
设计低 PDN 阻抗需要将接地层和电源层靠近相邻层放置，以确保高平面电容。它还有助于选择正确的 PCB 材料集，以确保设计具有低损耗和低 PDN 阻抗。Altium Designer 中的集成层堆栈管理器是您在创建设计时确保设计符合目标 PDN 阻抗的第一个工具。
收到设计的原型板后，重要的是要测量电源完整性，以确保达到目标阻抗目标。
S 参数模型和 Z 参数是两种数学工具，可用于执行电源完整性分析并确保达到目标 PDN 阻抗。
Altium Designer 连接到 Ansys SIwave 以帮助您识别和解决高速 PCB 设计中的阻抗和 EMI 问题。
使用 Altium Designer 完成您的高性能电路板
Altium Designer 包括一整套集成设计工具，可帮助您放置和布线高速设计所需的所有组件。除了阻抗和直流分析功能之外，您还将拥有一组仿真工具来帮助您评估 PCB 布局并识别电路板布局中潜在的信号完整性和电源完整性问题。当您完成设计后，就可以准备制造和组装了，Altium Designer 将在那里帮助您完成工作。