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硬件电路设计需要电源完整性
在硬件电路设计中，电源完整性非常重要。因现代PCB上的电路需要电压和电流保持在其供电网络（PDN）内的所需水平，且变化很小。波动太大的功率会破坏信号的预期性能，并产生错误的响应。
当您尝试查找和纠正这些问题时，此类问题可能会在调试阶段引起您大量的精力。为了避免这些麻烦，重要的是要创建一个具有良好PDN的硬件电路设计。但是，在进入该池的最深层之前，您应该首先了解什么是电源完整性。我们将在这里简要介绍硬件电路设计中的电源完整性的基础知识，以帮助您入门。
电源完整性：为组件供电
电路板上的不同设备都需要向其供电。多年以前，电路板上的通用集成电路（IC）设备只有一个电源和一个接地引脚。那时为印刷电路板提供电源网络很容易。您只需在板层堆叠中创建一架用于供电的飞机和一架用于接地的飞机。然后，您可以将IC的电源和接地引脚连接到适当的平面，插入一些旁路电容，然后保存！大功告成 然而，如今，PCB中使用的复杂IC的电源需求变得更加复杂。
现在的电路板仍将具有电源和接地平面，但是管理电源传输网络比将IC的电源和接地引脚简单连接到它们要复杂得多。每个IC将需要提供严格控制以符合其电源要求的电源。电路板上良好的电源传输网络的目标是提供稳定的参考电压，并以可接受的噪声和容忍水平将功率分配给所有设备。仔细管理电路板上所有设备的电源，以保持一致的电压水平，这就是所谓的电源完整性。
仔细设计硬件电路的电源和接地层对于良好的电源完整性至关重要
实现良好的电源完整性的挑战
当板上的设备本质上更简单，只有一个电源和一个接地连接时，噪声容忍度就不那么严格了。使用额外的电容器可以轻松控制过多的噪声。这些设备中的开关速度也不会产生与当今高速设备相同的问题。
如今，随着处理器芯片采用大型球栅阵列（BGA）封装，对功率的要求更加严格。这些设备中有数百个电源和接地引脚，每个设备可能需要多个电源电压，其中一些电压会降低到一伏以下。这些引脚还为处理器完成工作时拉动了许多安培电流，而要提供“干净”的电源，则需要庞大的电容器网络。
为了理解所有这些工作原理以及如何更好地满足这些复杂设备的电源需求，对电源完整性的研究变得非常重要。在电路板上创建良好的电源完整性意味着了解电源将如何通过硬件电路设计的PDN传播。这包括从电源到布线和过孔，电源和接地层对，电容器以及设备本身的所有内容。
板层堆叠中的电源平面配置对于电源完整性也很重要
其他电源和地面问题
电源完整性还与电源传输网络的其他一些问题联系在一起。其中一些包括：
接地反弹：也称为同时切换噪声或SSN，当许多信号同时切换时会发生接地反弹。当处理器写入内存，并且数据信号全部同时切换时，可能会发生这种情况。如果信号由于切换的速度而没有完全回到参考地电平，则它们会在信号上方“反弹”。这种地面反弹噪声会产生错误的开关，并有可能破坏或关闭设备。
电源纹波：电源的开关特性会引起电源纹波。这些纹波可能会在相邻电路中产生串扰，从而损害信号的准确性。再次，这可能导致电路中断。
电磁干扰（EMI）：如果未正确配置，如何在硬件电路设计堆叠中布置电源平面会导致EMI问题。电源和接地层可以通过屏蔽信号层来帮助防止EMI影响信号层的性能，但前提是信号层位于这些层之间。
返回路径：必须设计电路板的平面，以保留好的信号返回路径。不幸的是，电源要求通常会留下大量的孔用于连接通孔和缝合通孔，并且多个电源可能会决定需要分离平面。所有这些都可能阻碍信号的良好返回路径，从而导致信号完整性较差。
所有这些问题都必须与硬件电路设计分析一起考虑，以确保良好的电源完整性。上面概述的许多问题都可以通过战略性地放置电容器和电阻器以及精心布置的电源平面来解决。
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