在信號完整性分析中存在兩類基本問題：

一類問題是與信號路徑相關(guān)的反射問題和相鄰路徑間的串?dāng)_問題，這類問題都與信號的上升時(shí)間和時(shí)鐘工作頻率有關(guān)，稱之為信號路徑問題；

另一類問題則與信號路徑無關(guān)，而是歸因于電源路徑和地路徑，稱之為電源分配系統(tǒng)問題，又叫電源完整性問題。

電源分配系統(tǒng)(PDS)的用途就是為每個(gè)用電芯片提供恒定的電壓。根據(jù)用電芯片器件工藝的不同，該電壓一般為5V、3.3V或2.4V，通常要求供給用電芯片的電壓波動(dòng)不超過5%。

如圖1所示，一個(gè)完整的PDS包括供電芯片、去耦電容、用電芯片和連接這些單元之間的互連線。

?圖1 電源分配系統(tǒng)組成

由于在PDS中，通過電源路徑和地路徑上的電流不可能是絕對的直流電流，都會或多或少的含有一定比例的交流電流在里邊，由于在由電源路徑和地路徑組成的電流回路中存在回路電感L，根據(jù)V=Ldi/dt可知，交流電流會使整個(gè)電源分布路徑上存在電壓降，因此供給用電芯片的電壓通常會降低，這問題稱為軌道塌陷。

由圖1可知，在電流返回路徑上產(chǎn)生的電壓降通常稱為地彈噪聲，地彈噪聲問題是信號完整性中常見的一種問題。因此，要使電流變化引起的電壓降最小，就要設(shè)法降低整個(gè)PDS的阻抗或者整個(gè)PDS電流路徑的回路電感。

通常，降低整個(gè)PDS的阻抗可以分別圍繞PDS的基本組成單元來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體分為以下幾個(gè)方面：

（1）在進(jìn)行供電芯片和用電芯片的電源引腳及地引腳的封裝設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使由電源引腳和地引腳組成的回路電感最小。由于電源引腳和地引腳上通過的電流大小相等、方向相反，因此要減小回路電感，通常要使電源引腳和地引腳的局部自感盡量小，而電源引腳和地引腳之間的局部互感要盡量大。通常采用扁平導(dǎo)體帶而非圓柱形金屬作為封裝引腳可以降低引腳的局部自感，降低電源引腳和地引腳之間的間距可以增大兩者之間的局部互感。

（2）關(guān)于去耦電容的設(shè)計(jì)，通常有兩條設(shè)計(jì)原則：低頻時(shí)，添加阻抗值較低的去耦電容；高頻時(shí)，使去耦電容與供電芯片和用電芯片焊盤之間的回路電感最小，以保證它們之間的阻抗低于一定值。

這里需要說明的是，位于供電芯片一側(cè)的去耦電容的作用主要是為供電芯片輸出的交流電流提供交流通路，從而避免電源電壓的波動(dòng)，這個(gè)電容典型值是10uF。

位于用電芯片一側(cè)的去耦電容作用又因芯片種類不同而不同，用在模擬芯片一側(cè)的去耦電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加去耦電容，這些高頻信號可能通過電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫。在數(shù)字電路中由于執(zhí)行門電路狀態(tài)的切換通常需要很大的電流，因而有額外的備用電荷是有利的。如果執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)沒有足夠的電荷，會使電源電壓發(fā)生很大的變化。電源電壓變化太大，會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯(cuò)誤運(yùn)行。

（3）關(guān)于供電芯片和用電芯片之間互連線的設(shè)計(jì)，總的原則是使電源路徑和信號路徑的回路電感最小。詳細(xì)情況關(guān)注筆者公眾號，后續(xù)文章會進(jìn)行詳細(xì)分析。

總之，在以上三個(gè)方面設(shè)計(jì)中，電路和PCB設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的只有后兩個(gè)方面，供電芯片和用電芯片的選擇更多的是出于功能性考慮，兼有一部分性能考慮，如信號完整性，電磁兼容性等。