深度理解電源完整性

摘要/前言

在Samtec，我們經(jīng)常談?wù)?a target="_blank">信號完整性（SI）以及我們?yōu)?a href="http://www.wenjunhu.com/article/zt/" target="_blank">最新應(yīng)用開發(fā)新的高速連接器解決方案的工作。Samtec在112Gbps PAM4信令領(lǐng)域非?；钴S，但我們也經(jīng)常談?wù)?24Gbps PAM4。在之前對Samtec產(chǎn)品管理總監(jiān)Keith Guetig的采訪中，我們請他對SI進行簡要描述。他告訴我們，"SI意味著更多的信號，更少的噪音"。

我想大家也都有一個共識：SI是一個巨大的話題，把它簡化為幾個字就容易忽略高速信號設(shè)計的細節(jié)。然而，在全面地理解SI的過程中，這些細節(jié)對我們幫助很大。

同樣，我們在經(jīng)常談?wù)揝I的同時，會較少談及電源完整性（PI），而這同樣對我們的設(shè)計而言，至關(guān)重要。

理解電源完整性

問題是，雖然SI的定義很明確，有大量的信息可供工程師使用，但PI的要求和最佳實踐卻沒有那么明確。這要由設(shè)計者來決定如何管理他們自己的PI需求。

PI的目標是在可接受的范圍內(nèi)向系統(tǒng)提供電力。這個目標的關(guān)鍵是配電網(wǎng)絡(luò)（PDN），它被定義為從電源一直到用戶的整個電流路徑。這意味著即使用戶所需的電流波動，也能將用戶兩端的電壓波動降至最低。

這種變化或波紋是由用戶引入的動態(tài)電流引起的，通常由開關(guān)產(chǎn)生。這可能會降低電壓或產(chǎn)生尖峰，這兩種情況都會影響到達用戶的電源質(zhì)量。使用去耦電容可以減少這些變化的影響，而且這些電容越靠近用戶，它們就越有效。

然而，與信號完整性一樣，傳輸電力的媒介也對電力網(wǎng)絡(luò)的PI有重大影響。在這場提供清晰電力的戰(zhàn)斗中，連接器是一個關(guān)鍵組成部分。

當希望提供一個最大化PI的PDN時，設(shè)計者必須同時考慮元件的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感。在選擇合適的連接器時，我們經(jīng)常把接觸電阻作為衡量其性能的一個關(guān)鍵指標。然而，電感對我們許多人來說并不那么熟悉。一般來說，串聯(lián)電阻將影響直流壓降，而串聯(lián)電感將決定交流瞬時噪聲。

我們可以應(yīng)用一個概括，即更高的總電感需要更多的去耦電容。通過改變連接器的幾何形狀——電源觸點相互之間的排列，來降低其電感是可能的。但是，由于人們對PI的挑戰(zhàn)了解不多，可用于幫助設(shè)計者的信息較少。

連接器和電源的完整性

雖然有一些準則會有所幫助，但并沒有一個適用于所有應(yīng)用的單一規(guī)則。例如，我們可以問，是采用幾個大觸點的連接器，每個都能承載更高的電流，還是采用更多的小觸點，使功率更均勻地分布在整個連接器上。對于更高的非調(diào)節(jié)輸入電壓，系統(tǒng)可以容忍更大的交流波動，單個較大的葉片型觸點將更適合。

較大的觸點將能夠在較高的電壓下承載較大的電流，因此將最大限度地減少直流損耗。然而，一旦電源被調(diào)節(jié)，交流波動的問題就變得更加重要。在這種情況下，使用較小的觸點，連接器的電感會更低，使用幾個并聯(lián)的觸點，以減少通過每個觸點傳輸?shù)碾娏?/strong>。