漫谈电源 | 电源，离开了电源模块就不是那个电源了

在我看来，这个世界上只有两种硬件工程师，一种是正在做电源的工程师，另外一种是在使用电源的工程师。 这两种工程师对电源的理解大不一样。前者脑子里整天转的是电源拓朴、结构设计、环路调试、散热，EMC等，后者脑子里多是电源纹波，电源干扰，电源稳定性、可靠性，电源分布网络（PDN）。对于前者，做电源的最高境界是结构设计和EMC设计，对于后者，使用电源的人们，他们觉得最高境界是理解PDN、PI。

有一句口水沫子是："电源，离开了电源模块就不是那个电源了"。这句话外行人听起来有点怪，它是使用电源的人说出来的。

电源模块提供了稳定的12V直流电压，但是，即使这个电压稳定如实验仪器中的线性电源， 这个电源模块产生的12V电压信号经过了多层PCB板，经过了复杂的走线之后，再经过多级的板上电源的变换，最终到达关键芯片的管脚时，它的特性如何呢？ 芯片管脚的电压信号在芯片内部又经过复杂、密集的集成电路走线，到达芯片内核Core时的特性又是如何？多层PCB走线过程中，电源会受到周边电路特别是高速I/O电路带来的开关干扰耦合到电源上的噪声到底该如何测量？如何评估这些噪声对敏感脆弱的高速信号的干扰？

其实，对上面这些基础性问题的思考带来了一个研究热点，就是PI（电源完整性，Power Integrity） 。 PI已成为高速信号领域的一个热门话题。有一天，我接到一位工程师的名片，上面头衔是"PI工程师"，而且是个美女，我一下子对她肃然起敬，虽然我知道她可能主要工作是测量电源噪声，也仿真一下电源噪声对高速信号的影响。收到"PI工程师"头衔的名片机会并不多，认真地说，就看到过一次。

这些年大量出现PDN、PI相关的文章。 我曾经囫囵吞枣地大量阅读了相关文章，现摘取一些表达PDN含义的示意图如下。这对于做电源的人来说算是开个眼界，您可以想象一下："哇，我整天研究电源，没想到那些用电源的家伙要这样研究电源"。

典型的PDN包括电源模块，在PDN文档中一般说是VRM（电压整定模块， Voltage Regulator Modulation）; 板级电源分布系统，包括PCB走线，低频去耦电容; 芯片封装级的电源分布系统，包括封装PCB走线，中频去耦电容; 芯片级的电源分布系统。
一个好的PDN网络要求做到：为IC提供干净的电源; 为信号提供低阻抗，低噪音的参考路径; 不会带来过大的EMI问题。这看似容易，其实很难。这个世界上的PI高手都是高速芯片厂商的资深Fellow级人物。

经常玩高速信号的朋友可能会问： 高带宽示波器是否还有存在的必要？ 其实我也常冒出这样问题。 因为高带宽示波器测量出来眼图和抖动要么是符合要求的，要么是超标的，譬如眼图触碰模板、抖动超标了，最终能检查的，查出问题的，往往都是电源或者是时钟信号的问题。 所以我想，用低带宽示波器专业地测量电源和时钟，死保确保这两者都没有问题不就可以了嘛？对于高速信号产品，电源和时钟始终是需要慎重对待的两大要点。

离开了电源模块的电源怎么测试呢? 特别是那个超级问题：电源纹波和电源噪声怎么测试。我曾经就这个话题搞了100场客户端研讨会。这个问题其实真的没多少做电源的工程师搞得明白，直到今天。

而电源工程师又怎么看待电源测试呢? 最有趣的问题是，电源工程师测试中使用的负载要么是电子负载，要么是纯电阻负载，根本不管这电源模块接了复杂的电路系统之后是怎么测试的。 而这电源模块一旦用到了电路系统中，在电源模块的输出端看到的直流电压波形和之前连接电阻负载时的波形已大不一样了。更要命的是，电路系统中电源模块的负载变化是难以模拟的。 可是，电源的动态性测试，甚至电源动态稳定性这个名词本身对于很多使用电源的朋友是完全陌生的概念。 我曾经接受的那么点属于纯正电源工程师的测试经验和对示波器的所谓一流专家的水平刚好可以跨界一点，"忽悠" 很多非科班电源出身，使用电源的工程师时，他们误以为我是"电源专家"。而我做电源的水平，连入门还不算。我不是专家，我只是擅长通俗的表达。

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