电源系统相关知识的讲解

01 PDN

PDN系统（Power Delivery Network）想必大家都不陌生，就拿手机主板来说，PCB设计完成，必须要进行PDN仿真，以确保电源系统的稳定。

PDN系统的主要目的，是为负载提供低噪声的电源、为信号提供低阻抗返回路径、避免电磁干扰。

从噪声频率上来看，电源噪声主要来自VRM输出自带纹波；器件高速开关下，瞬态电流过大，稳压电源无法及时响应，造成电压跌落；负载瞬态电流在电源和地路径上因为阻抗而产生压降。

**02 **直流压降与热

由于电源网络存在直流阻抗，因此导致接收端的电压比源端更低。

减小直流压降常用的方式：增加铜厚、增加过孔、减少长度、增加铜皮面积、电压预提升。

PCB上散热原则是减小器件向PCB的传热热阻，对此可以采用在单板上打孔或覆铜等，将热量传递出来，再通过对流和辐射传递到外部环境。

通过PCB散热的途径，重要程度依次如下：过孔、层叠结构、电源层的厚度、焊盘厚度。

03 电容特性

电解电容、钽电容常用于低频滤波，陶瓷电容常用于高频滤波，高频时应考虑电容寄生参数ESL、ESR的影响；

电容等效为串联RLC电路后会在某个频率处谐振，这个频率称为自谐振频率。在这个频率之前电容呈现容性，频率之后电容呈现感性。

同封装下，容量越小的电容，其谐振频率点越高。

04 目标阻抗

PDN网络中VRM作用于低频段，通常小于MHz级别，PCB板上的去耦电容作用于中频段，通常到百MHz级别，更高频段的噪声则由片上电容负责；

为使得PDN满足阻抗要求，可以使用多电容并联。可以分别使用多颗同等容量的电容，以及使用多颗不同容量的电容。

工程中常用不同容量的电容并联降低目标阻抗，会改变整体谐振频率点，并在两个电容之间引入反谐振点。

05 电源平面

电源和地平面主要用于提供供电网络，同时也为信号提供返回路径，及一定程度的高频滤波作用（通常电容过小，滤波效果较差，让两者互相靠近，更多是减少回路电感的考虑）；

两个平面之间会形成一个电容器，且由于存在分布寄生电感，因此会形成一个谐振腔，具有谐振特性；

优化谐振方式：改变电源和地平面的面积，改变尺寸可以改变谐振频率，避开信号工作频谱；采用高介电参数的介质材料，可以降低电源、地的阻抗，谐振频率会降低；减少介质厚度，可以降低谐振振幅。

以上就是本期分享的所有内容啦，至此，信号完整性基础系列的分享就要告一段落了，后续还将为大家带来其他的硬件知识和实践指导。