设计高速PCB应注意的电源完整性问题以及地弹噪声

。它也可以直接仿真电源管脚上的噪声从而直接验证电源层噪声，避免对电源层阻抗的过多分析导致的不必要的设计开销。  
        

首先应在选定的位置添加输入和输出端口。上文已经在一个IC芯片处添加了端口，接着应该在电源输入端添加一个端口，同时在其它两块芯片的安装位置添加两个端口。然后在SIwave中你可以进行宽频扫描，在整个带宽内获得4×4的S参数散射矩阵。接下来可以使用Full-Wave Spice产生与Spice兼容的电路文件以便在电路仿真环境中进一步分析。 　　 
        

在产生的电路文件中，PCB板在电路的中心位置。电路文件还包括 FPGA的模型——伴有一个电流探针和一个差分电压探针的电流源。Full-wave Spice创建的Spice电路还包括上文提到的三个电容矩阵。如果在IC处再增加第四个电容矩阵将进一步减小高端阻抗。电路还包括一个直流电源，电源伴有少量容值从1nF到100μF的退耦电容。另外还包括其它两个IC芯片的模型，周围伴有少量100nF的电容矩阵。 

图6，蓝色和绿色曲线分别表示在没有添加和添加最后一组电容矩阵后IC芯片的电源完整性曲线；红色曲线代表芯片输入电流的突变。 　　 
        

图6显示了FPGA的电源电压的噪声仿真结果。红色曲线代表芯片输入电流的突变——在0.2纳秒内电流由0A变化到2A。蓝色曲线表示没有添加最后一组电容矩阵时IC芯片的电压曲线。与3.3V相比，电压的波动已经很小了，但还是超过了5%的规范要求。绿色曲线表示添加了第四组电容矩阵后电压的波动曲线，最终的设计满足了电源噪声小于165mV的规范要求。 
        

可以用同样的方法分析电路板上其它的芯片，保证他们不受电源压降和地弹的影响。在本例中另外两芯片分别吸收100mA和50mA电流，相对来说，它们对噪声的贡献是很小的。
　　

高速电路的PCB板级设计是十分具有挑战性的。为了保证电路的正确工作，需要精心设计电路的PDS，包括在电路板上添加数以百计的退耦电容，并且根据需要选择合适的电容值及其位置。采用对虚拟原型进行仿真的方法替代反复试验的设计方法来优化电路板的电源完整性设计，可以有效缩短设计周期并且节约设计成本。