本書焦點
電子工業(yè)中的電源完整性問題是一個容易混淆的課題——部分原因是不能很好地定義和涉及的問題太廣泛，每個問題都有一套屬于自己的根本原因和解決方案。這里有一個普遍的共識是：電源完整性領(lǐng)域包括從電壓調(diào)整模塊（VRM）到片上核心電源“軌”以及片上電容。
VRM與芯片之間是封裝和印制板上的相互連接，封裝和印制板常常載有分立式電容器，這些電容器有與之有關(guān)的安裝電感。電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）是指在VRM和片上VddVss電源“軌”之間的所有相互連接（通常是感性的），以及儲能元件（通常是容性的）和損耗機構(gòu)（阻尼）。
電源完整性是指從芯片看向電路的所有有關(guān)的電源特性。信號通過空腔，在印制板和地平面上會產(chǎn)生什么噪聲？這是信號完整性問題還是電源完整性問題？由I/O開關(guān)電源產(chǎn)生的電壓噪聲是片上Vcc和Vss電源“軌”完整性問題還是信號完整性問題？最終連接到VRM并通過公共封裝電感進入的電流產(chǎn)生的這個噪聲有時稱為開關(guān)噪聲或“地跳動”。
信號和電源完整性之間的灰色區(qū)域?qū)�解決電源完整性具有深遠的影響。在印制板上加上去耦電容常常能解決Vdd核心噪聲，但是這很少能改善由寬帶信號感應(yīng)的空腔噪聲。一般情況下，印制板上的電容器很少或不能改善回路平面的跳動噪聲。在一些情況下，產(chǎn)生的并聯(lián)諧振實際上可能會增加空腔與信號的交調(diào)。
解決問題的第一步是清晰地確定問題，然后正確地識別出根本原因。一個準(zhǔn)確定義的問題常常只要幾步就可求解。對問題高效率求解的前提是基于問題的實際根本原因。
本書聚焦于與Vdd“軌”上噪聲有關(guān)的特殊的電源完整性問題，Vdd“軌”給片上核心邏輯供電，使其執(zhí)行相關(guān)功能。由片上Vdd“軌”開關(guān)信號供電的門與片上其他門進行通信，不需要像I/O一樣傳輸出芯片。由核心有源部分引起的瞬時電流會在Vdd“軌”上產(chǎn)生噪聲，有時定義它為“自我攻擊”。減小這個問題影響的原理、分析方法和推薦的設(shè)計也能應(yīng)用于其他信號完整性、電源完整性和EMI的問題，但本書的焦點是Vdd“軌”上的自我攻擊。
其他電源完整性或信號完整性問題及其解決方法
術(shù)語“電源完整性”太復(fù)雜，無法解決一般設(shè)計中的所有問題。相反，我們需要清楚地識別設(shè)法要解決的特殊問題以及對每個特殊問題的最好設(shè)計實踐。
完整系統(tǒng)設(shè)計中的一些次要問題有時也歸類為電源完整性問題。
● 由I/O開關(guān)、地彈跳在VccVss軌上引起的噪聲和開關(guān)噪聲： Vcc軌上的自我攻擊。
● 負載阻抗的改變在VRM上引起的噪聲：VRM的自我攻擊。
● 信號通過不連續(xù)的返回路徑引起的信號失真：信號路徑的自我攻擊。
● 來自供電軌和傳輸?shù)絍RM的噪聲，以及板級ＰＤＮ互連上的污染。
● 在封裝上的電壓噪聲和來自所有源的板級ＰＤＮ互連之間的交調(diào)，耦合到Vdd軌上。
● 在封裝上的電壓噪聲和來自所有源的板級PDN互連之間的交調(diào)，耦合到I/O電源軌上。
● 在封裝上的電壓噪聲和板級PDN互連之間的交調(diào)，以及耦合到PDN的一個信號。
這些問題中的每一個都有不同的根源，為減小其影響有最好的不同系列的設(shè)計實踐。這些課題有些屬于信號完整性，有些屬于電源完整性。
為了避免大家認為所有電源完整性問題是相同的（一組解應(yīng)用于所有問題），工程師和設(shè)計者應(yīng)該習(xí)慣仔細地描述尋找到的問題而不是使用電源完整性或信號完整性這種大標(biāo)題來說明。
印刷品、參考文獻可提供大量的PDN設(shè)計建議。盲目地跟隨其中的任何一個都是危險的。不幸的是，很多建議要么是錯誤的，要么是自相矛盾的。部分原因是它們僅面向上述問題之一，而且不正確地將這些建議廣泛用于解決所有的電源完整性問題。
明確問題的特殊性、根本原因，才能找出最好的設(shè)計實踐。
魯棒性PDN設(shè)計面對的挑戰(zhàn)
低劣的PDN設(shè)計會導(dǎo)致產(chǎn)品失敗。診斷PDN失敗的原因是很困難的，因為它們很難重現(xiàn)。有時，失敗原因是由一系特殊問題的微碼組合引起的，這造成考核PDN質(zhì)量困難。PDN設(shè)計中必須考慮魯棒性。
除了低阻抗VRM以外，有些印制板的PDN實際上只要求魯棒性。其他PDN可能要求電容數(shù)值的特殊組合并且要安裝在特殊的位置，然后僅對魯棒性提出一定限制。
每個PDN都是唯一的，有自己的內(nèi)情。每一個都有自己的功能要求、芯片特征、微碼和價格上的設(shè)計約束、性能、風(fēng)險和研究周期。僅遵循其他人認為最好的設(shè)計原理來有效地設(shè)計魯棒性PDN是很困難的，一個堅實的設(shè)計方法起著重要的作用。
在任何工程領(lǐng)域中，對包括電源完整性在內(nèi)的很多問題的共同回答是“……視情況而定”,回答“……視情況而定”的僅有方法是清楚地定義這個問題，然后對這個特殊問題進行分析，找出根源和不同的解法。
開始就準(zhǔn)確高概率地進入PDN的最有效的設(shè)計過程（和多數(shù)高性能產(chǎn)品設(shè)計方法）是基于4個元素的。
● 從建立最好的設(shè)計實踐開始
● 理解信號與相互連接彼此作用的基本原理——麥克斯韋方程的基本應(yīng)用原理
● 識別需避免的共同問題和它們的根源
● 對于每個特殊的產(chǎn)品詳情和限制，使用有效探索設(shè)計領(lǐng)域的舉足輕重的設(shè)計工具，找到適宜的價格-性能-風(fēng)險-研發(fā)周期之間的折中。
很多課題的目標(biāo)是在可接受的價格、風(fēng)險和周期內(nèi)，找到滿足性能目標(biāo)的可接受設(shè)計。
本書為實現(xiàn)電源完整性工程提供