高速PCB设计为什么要考虑电源完整性？

随着加工工艺的发展，PCB设计愈发复杂，工作频率不断提高，电磁兼容已成为当代PCB设计中的重要问题和难点，它直接影响到PCB的质量和工作性能，这就要求设计人员尽可能考虑电磁兼容问题，因为这样可以降低成本，减少设计时间，但很多大牛多次强调电源完整性的重要性，尤其是高速PCB设计，今天我们来看看为什么高速PCB设计需要考虑电源完整性？

在PCB设计过程中，必须保证PCB供电的稳定可靠，因此必须考虑电源系统的设计，使其能为信号提供稳定的参考电压和为元器件分配适当的电压，且随着PCB设计复杂度的增加、集成程度越来越大及工作电压越来越低，PCB中存在的反射、串扰等EMC问题都会对电源系统的稳定性造成影响。

而现在的高速数字电路集成规模越来越大，逻辑器件数目不断增加，同时芯片工作电压越来越低，电源电压的波动开始影响系统工作的稳定性甚至导致逻辑判决错误，因此在高速PCB设计中必须考虑电源完整性问题，以此保证PCB中具有稳定可靠的电源供应。

在告诉数字电路中，由于工作频率的升高，信号上升沿和下降沿越来越短，因此将产生严重的寄生效应，电源线由于寄生电感效应产生感应电压，当信号沿宽度小于1ns时，由于感应电压的存在将导致PCB上电源面与地板面间的电压在电路板的各处不尽相同，从而无法给IC芯片提供稳定的工作电压，严重时甚至导致芯片逻辑判决错误，这就要求在数字电路设计过程中要考虑电源完整性设计，消除噪声带来的电压波动。同时，电源完整性也是PCB信号完整性和EMC好坏的重要指标。对于理想电源来说，其电源内阻是0，因此其提供给负载的电压平均值时钟等于系统供给电压的平均值，但实际情况并非如此，由于干扰的存在，电源是会产生波动，当干扰严重时将严重影响系统的正常工作。

在实际PCB设计中有三大类导致电源系统不稳定的因素，分别是同步开关噪声（SSN）、非理想电源阻抗、谐振及边缘效应。一般来说电源噪声主要来源是同步开关噪声，当工作在高频时，由于接地导线和地平面的寄生电感效应，当逻辑元件切换状态或开关输出时，将产生噪声电压并沿着导线和电源平面传播从而造成地平面上电压波动，导致参考地不能在各处都保持零电平。