为什么PI设计比SI设计复杂

stupid · 发表于 2010-6-30 14:46

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本帖最后由 stupid 于 2010-7-1 15:09 编辑

Istvan Novak

任何尝试过的人都会告诉你，高速数字电路的电源完整性（PI）设计现在越来越难了。

起初是功能性的问题。高速数字电子产品的设计只需要关心组件挂接是否正确。设计是基于原理图的，实际安装——PCB叠层、元件位置和布局——很少需要关心。在较高的速度下，信号完整性（SI）问题出现：我们要确保数字信号按时到达，并且失真足够低。

SI工作意思是运行时间、偏差和时序分析，还有检查信号的反射、匹配、串扰、衰减和散失。

随着系统速度和密度的增加，电源完整性（PI）的问题也变得非常具有挑战性。

电源轨数量太多

有时候，我们听这样的说法，因为我们要处理的独立电源轨的数量太多，所以PI更复杂。10年或20年以前，系统可能有一个、两个或三个不同的电源轨。但今天的大型电脑主板可能有多达几十个独立的电源轨。这确实是一个很大的挑战。然而，电源轨数量仍然比高速互联的数量低很多倍，因此这并不能解释为什么PI比SI复杂。

这是一个二维或三维的问题，而不是一维的

SI设计主要是一维的问题。我们知道，主要的信号在哪里：在我们设计的窄窄的、长长的轨迹中。轨迹决定了信号的路径。PI挑战的一个主要贡献者在于PDN通常是二维的，有时甚至是三维的。平面上的噪音可以沿X-Y方向任意传播，通孔还可以带着PDN噪音延Z方向传播。另外，我们不设计PDN来有意地传播噪音；相反，表现良好的PDN应该尽量阻止噪音的传播。为了弄清楚噪音是如何传播的，我们需要二维或三维的PDN模型，和一维的SI模型相比，这是很难建立和管理的。

未知的激发，不确定的需求

在SI中，通常我们都知道信号水平与波形应该是“主要的”，对PI来说是PDN噪音激发，但不幸的是它的确切性质大多是电路板设计者未知的。噪声激发进入PDN可以来自若干来源：电源转换器纹波和脉冲噪声，有源器件的击穿开关电流峰值，最后但并非不重要的，信号返回电流。这四个贡献者中的两个，换算突发噪声，并穿过有源的电流峰值，通常没有指定，或者只是非常含糊地指定，因此设计人员对系统的PDN设计投入很小。

如果电力转换器的输出纹波出现意外，通常是相当稳定的，其它噪音元件很大程度上依赖于系统的活动，创造一个潜在的巨大参数空间来处理。最重要的是，对于各有源器件的电源轨噪音公差的规定也很模糊：我们通常只对电源电压有绝对的，但是对不同频率范围的

设备的不同的灵敏度认识很少。

缺乏供应商支持和标准化

今天SI工作可以得到元件和工具供应商很大的支持。有源和无源元件的制造商越来越愿意提供模拟模型和特定服务，一直到完整的参考设计。还有标准SI要求用于信号块：眼罩、抖动规格、衰减、反射和串扰限制。仪器和工具供应商都急于拿出解决方案，来模拟和衡量我们的设计规格。

不幸的是，PI设计是没有这些支持的；几乎没有任何PDN噪音和PDN测试标准。这使仪器和工具供应商缺乏他们产品的指导。缺乏标准也使PI设计者随心所欲地提出设计要求。有一些PI的应用笔记和参考设计，但它们仅适用于一些特定例子的几个参数。

SI花费了几十年来寻找解决方案。现在我们SI工作的重要组成部分是更好地理解和划分界限。与此相反，许多人现在感到虽然PI设计是艰巨的。如果你感到被PI设计的复杂性压倒了，你并不孤单。我们很多人觉得是这样。

集体的智慧和经验在今后几年必将有助于减轻一些疼痛，但我们必须接受这一挑战并不得不忍受一段时间。

苏鲁锭 · 发表于 2010-8-4 11:51

回复 1# stupid

PDN是什么？

絲路花語 · 发表于 2014-12-4 09:50

厉害

ljt120 · 发表于 2014-11-19 16:26

PI为什么现在不好做，核心还是芯片的负载电流没有一个统一的标准。如果芯片的负载电流可以像IBIS模型那样准确的描述以及模拟的话。PI的仿真就会简单很多。
还有VRM也无法准确的描述。现在很多分析过程中，均是作为一个理想的电压源处理，或者叠加一个电压的波动。
另外电源分析过程中，必定要考虑热。意味着PI设计需要放在系统的环境中分析。无形中增加了很多的变数。这个也是影响电源仿真实用性的主要因素。