PCB电源供电系统的分析与设计
PCB设计中的电源信号完整性的考虑
PCB设计中的电源信号完整性的考虑在PCB设计中，电源信号的完整性是一个非常重要的考虑因素。
电源信号完整性主要关注信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
以下是在PCB设计中考虑电源信号完整性的几个重要方面：1.电源供电稳定性：电源信号的稳定性对系统的正常运行至关重要。
在设计中，应该选择具有稳定输出的电源，以确保电压和电流在整个系统中能够保持稳定。
稳定的电源可以减少系统噪声和漂移，提高系统性能和可靠性。
2.电源噪声和滤波：电源信号中的噪声可能会对系统的性能产生负面影响。
在PCB设计中，应采取一些滤波措施来降低电源噪声。
可以使用滤波电容和电源滤波器来抑制高频噪声。
此外，在布局中应该将电源线和地线分离，并与信号线保持足够的距离，以减少互联干扰。
3.电源线宽度和引出：电源线的宽度和布局对电源信号的完整性有重要影响。
电源线的宽度和长度应根据所需的电流和电压降进行计算。
在高电流应用中，更宽的电源线可以减少电源线的电阻和热降，确保供电稳定。
此外，应避免将电源线与其他信号线交叉，以减少互联干扰。
4.电源平面和地面平面：为了提供一个低电阻、低阻抗的供电路径，设计中通常会使用电源平面和地面平面。
电源平面提供了一个低阻抗的供电回路，可以降低电源噪声和电源电压的波动。
地面平面则提供了一个低阻抗的地引用，减少了信号线和电源线之间的串扰和互联干扰。
5.电源分区：在复杂的PCB设计中，将电源信号按照不同的功能分区是一个好的实践。
不同的模块或器件可能有不同的电源需求，分区设计可以简化供电布线，减少供电路径交叉，提高系统的电源完整性。
6.过热和过电流保护：为了保护系统免受过热和过电流的损害，设计中应考虑一些保护措施，如过热保险丝、过压保护器和电流限制器。
这些保护措施可以防止电源故障对系统产生严重影响，并提高系统的可靠性。
综上所述，在PCB设计中，电源信号的完整性是至关重要的。
通过选择稳定的电源、合理布局、适当的滤波和保护措施，可以提高电源信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力，从而改善系统的性能和可靠性。
电源pcb设计指南包括PCB安规emc布局布线PCB热设计PCB工艺
电源pcb设计指南包括：PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺导读1.安规距离要求部分2.抗干扰、EMC部分3.整体布局及走线部分4.热设计部分5.工艺处理部分1.安规距离要求部分安全距离包括电气间隙（空间距离），爬电距离（沿面距离）和绝缘穿透距离。
1、电气间隙：两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。
2、爬电距离：两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。
一、爬电距离和电气间隙距离要求，可参考NE61347-1-2-13/GB19510.14.（1）、爬电距离:输入电压50V-250V时，保险丝前L—N≥2.5mm，输入电压250V-500V时，保险丝前L—N≥5.0mm；电气间隙:输入电压50V-250V时，保险丝前L—N≥1.7mm，输入电压250V-500V时，保险丝前L—N≥3.0mm；保险丝之后可不做要求，但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。
（2）、一次侧交流对直流部分≥2.0mm（3）、一次侧直流地对地≥4.0mm如一次侧地对大地（4）、一次侧对二次侧≥6.4mm，如光耦、Y 电容等元器零件脚间距≤6.4mm 要开槽。
（5）、变压器两级间≥6.4mm 以上，≥8mm加强绝缘。
2.抗干扰、EMC部分在图二中，PCB 布局时，驱动电阻R3应靠近Q1（MOS管），电流取样电阻R4、C2应靠近IC1的第4 Pin，如图一所说的R应尽量靠近运算放大器缩短高阻抗线路。
因运算放大器输入端阻抗很高，易受干扰。
输出端阻抗较低，不易受干扰。
一条长线相当于一根接收天线，容易引入外界干扰。
在图三的A中排版时，R1、R2要靠近三极管Q1放置，因Q1的输入阻抗很高，基极线路过长，易受干扰，则R1、R2不能远离Q1。
在图三的B中排版时，C2要靠近D2，因为Q2三极管输入阻抗很高，如Q2至D2的线路太长，易受干扰，C2应移至D2附近。
二、小信号走线尽量远离大电流走线，忌平行，D>=2.0mm。
电气工程中的电路板设计规范要求与布局原则
电气工程中的电路板设计规范要求与布局原则电气工程中，电路板设计是至关重要的一环，直接关系到电子设备的性能和稳定性。
良好的电路板设计可以提高信号传输的效率，降低功耗，提升系统的可靠性。
为了满足设计需求，下面将介绍电路板设计的规范要求与布局原则。
一、电路板设计规范要求1. 尺寸和形状：电路板的尺寸和形状应与设备外壳相匹配，确保电路板能够完美安装在设备中。
同时，需要预留足够的空间布局各个元器件和信号走线。
2. PCB层数：根据实际需要，选择适当的PCB层数。
一般情况下，双面布线已经满足大部分应用需求，如果有高密度信号和较复杂布线要求，可以考虑多层布线。
3. 线路宽度和间距：根据电流大小和信号传输速率，合理选择线路宽度和间距。
一般情况下，线路宽度越宽，电阻越小，信号传输越稳定。
而线路间距越大，避免了线间串扰的问题。
4. 禁止过小孔径：过小孔径会导致打孔困难，降低钻孔精度，容易引起掉铜、起焊等问题。
因此，电路板设计中需要遵守合理的孔径规范，以确保制造质量。
5. 接地和屏蔽：合理的接地和屏蔽设计能够有效降低电磁干扰和噪音。
将信号地、电源地和机壳地分离，避免共地和回路间相互干扰。
对敏感信号进行屏蔽处理，提高系统的可靠性。
二、电路板布局原则1. 元器件布局：按照电路流程和信号路径的顺序，合理布置元器件。
将频率较高、噪音敏感的元器件远离信号走线和电源线，减少相互之间的干扰。
同时，遵循最短路径原则，减少信号传输路径的长度，降低传输损耗和延迟。
2. 供电和地引线：合理安排供电和地引线的布局，减少电流的回流路径，降低功耗和电磁干扰。
将供电和地引线尽量贴近元器件，减少回路的面积，提高系统的稳定性。
3. 信号走线：信号走线的布局应遵循最佳布线原则，避免交叉和环行。
对于差分信号，要保持两个信号线的长度一致，减少差异传输引起的相位失真。
对于高速信号，要避免尖角和突变，采取较圆滑的走线方式，减少信号反射和串扰。
4. 散热和散布：合理的散热设计可以提高电子元器件的工作效率和寿命。
高速电路信号完整性分析与设计九--电源完整性分析
第9章高速信号的电源完整性分析在电路设计中，设计好一个高质量的高速PCB板，应该从信号完整性(SI——Signal Integrity)和电源完整性(PI——Power Integrity )两个方面来考虑。
尽管从信号完整性上表现出来的结果较为直接，但是信号参考层的不完整会造成信号回流路径变化多端，从而引起信号质量变差，连带引起了产品的EMI性能变差。
这将直接影响最终PCB板的信号完整性。
因此研究电源完整性是非常必要和重要的。
9.1 电源完整性概述虽然电子设计的发展已经有相当长的历史，但是高速信号是近些年才开始面对的问题，随之出现的电源完整性的许多概念并不为大多数人所了解。
这里，对其中涉及到的一些基本名词做些简单的介绍。
9.1.1 电源完整性的相关概念电源完整性(Power Integrity) ：是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
虽然电源完整性是讨论电源供给的稳定性问题，但由于地在实际系统中总是和电源密不可分的，通常把如何减少地平面的噪声也做为电源完整性的一部分讨论。
电源分配网络：电源分配网络的作用就是给系统内所有器件或芯片提供足够的电源,并满足系统对电源稳定性的要求。
同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise，简称SSN）：是指当器件处于开关状态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，所以也称为Δi噪声。
同步开关噪声包括电子噪声、地弹噪声、回流噪声、断点噪声等。
它对电源完整性的影响表现为地弹和电源反弹。
地弹噪声：它是同步开关噪声对电源完整性影响的表现之一。
是指芯片上的地参考电压的跳动。
当大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（0V）上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作。
印刷电路板(PCB)供电网络 (PDN)设计方法
2009 Altera Corporation
AN 574
稳压器模块 (VRM) 就一级分析而言，您可以将 VRM 建模为一个串联电阻和电感，如图 5 所示。图 5 还绘制了其仿真 频率响应情况。 在约为 50KHz 的低频下，VRM 具有较低的阻抗并且能够对 FPGA 的瞬时电流要求响应。在更高频 率下，VRM 阻抗主要为电感，从而使其不能满足瞬时电流要求。您可以从 VRM 厂商那里获得等效 串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL) 的值。 图 5、稳压器模块 (VRM) 示意图及频率响应
图 12 显示了三种情况的仿真波形： “理想 PCB”的 Z 曲线—谐振频率 F1 的紫色波形（A） “低 PCB 寄生”的 Z 曲线—谐振频率 F2 的绿色波形（B） “高 PCB 寄生”的 Z 曲线—谐振频率 F2 的橙色波形（C） 随着 PCB 电感的增加，首个谐振峰值的位置转移至左边（更低频率），同时峰值振幅也增加。 使用方程式 5，可以大致计算出这种频率变化。 方程式 5
AN 574
层电容 电源/接地夹层的分布电容大小取决于下列几个因素： 层长度 层宽度 介电常量 介电厚度 利用一个平板电容器方程式，您可以近似计算电容的大小，如方程式 3 所示。图 8 显示了电源/接地 夹层之间层电容的等价表征。 方程式 3
PCB设计过程中的冗余度处理
PCB设计过程中的冗余度处理在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计过程中，冗余度处理是非常重要的一环。
冗余度指的是系统、设备或者组件中超过实际需求的冗余部分。
在PCB设计中，适当处理冗余度可以提高系统的可靠性、稳定性和容错性。
本文将讨论PCB设计过程中的冗余度处理方法和技巧。
一、减少无用元件的冗余在PCB设计中，通常会存在一些无用元件的冗余，这些元件不仅增加了成本，还增加了系统故障的风险。
因此，我们需要对这些无用元件进行处理。
1. 去除多余的被动元件：在设计中，经常会出现冗余的电阻、电容和电感等被动元件。
通过精确计算和仔细的布局，我们可以减少或去除这些冗余元件，从而降低成本和减少故障的可能性。
2. 简化电源管理电路：电源管理电路中的冗余主要指的是冗余的稳压和滤波电路。
通过使用高效的稳压芯片和滤波电容，可以简化电源管理电路，减少冗余元件的使用。
二、考虑元器件的冗余在PCB设计过程中，我们应该考虑到元器件的冗余，从而在系统发生故障时保持其正常运行。
以下是几种常见的元器件冗余处理方法。
1. 电源冗余：在设计电源供应系统时，可以考虑使用多路电源，并实现冗余切换功能。
当某一电源发生故障时，系统可以自动切换到备用电源，保证系统的持续供电。
2. 时钟冗余：对于需要高精度时钟的系统，可以考虑使用多个时钟源，并采用冗余切换和自动校准的方式，以保证系统的时钟准确性。
3. 通信接口冗余：对于需要高可靠性的通信系统，可以考虑使用多个通信接口，并实现冗余切换和容错功能，以确保系统的连续通信。
三、冗余度处理技巧在PCB设计过程中，还可以采用一些技巧来处理冗余度，提高系统的可靠性和稳定性。
1. 优化布线：合理的布线可以降低信号距离和干扰，提高信号的质量。
通过优化布线，可以减少信号冗余和噪声，提高系统性能。
2. 冗余备份：对于关键的电路和模块，可以考虑使用冗余备份的方式。
当某一模块发生故障时，系统可以自动切换到备用模块，保证系统的连续运行。
PCB板中的EMC设计
PCB板中的EMC设计PCB板中的EMC设计应是任何电子器件和系统综合设计的一部分，它远比试图使产品达到EMC的其他方法更节约成本。
电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰源的研究，从电磁干扰源处控制其电磁发射是治本的方法。
控制干扰源的发射，除了从电磁干扰源产生的机理着手降低其产生电磁噪声的电平外，还需广泛地应用屏蔽（包括隔离）、滤波和接地技术。
EMC的主要设计技术包括电磁屏蔽方法、电路的滤波技术以及应特别注意的接地元件搭接的接地设计。
一、PCB板中的EMC设计金字塔如图9-4所示为器件和系统EMC最佳设计的推荐方法，这是一个金字塔式图形。
首先，优秀的EMC设计的基础是良好的电气和机械设计原则的应用。
这其中包括可靠性考虑，比如在可接受的容限内设计规范的满足、好的组装方法以及各种正在开发的测试技术。
一般来说，驱动当今电子设备的装置要安装在PCB上。
这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的元件和电路构成。
因此，PCB的EMC设计是EMC设计中的下一个最重要的问题。
有源元件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在EMC设计时加以考虑。
一些PCB元件还需要进行屏蔽。
再次，内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。
因此，包括走线方法和屏蔽的内部电缆EMC设计对于任何给定器件的整体EMC来说是十分重要的。
在PCB的EMC设计和内部电缆设计完成以后，应特别注意机壳的屏蔽设计和所有缝隙、穿孔和电缆通孔的处理方法。
最后，还应着重考虑输入和输出电源以及其他电缆的滤波问题。
二、电磁屏蔽屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径，隔离主要运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声以传导形式的传播途径，其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。
屏蔽体的有效性用屏蔽效能（SE）来表示（如图9-5所示），屏蔽效能的定义为：电磁屏蔽效能与场强衰减的关系如表9-1所列。
PCB硬件系统的调试分析
PCB硬件系统的调试分析【摘要】PCB硬件系统即便根据设计电路的参数来安装，通常也无法实现理想的效果。
这是由于在设计过程中，无法客观、完整地考虑各项复杂的因素，要在安装后进行相应的测试来发现设计方案中的不足之处，再开展调整及纠正，实施相应的改善措施，来达到PCB硬件系统的各项技术指标标准。
本文分析PCB硬件系统的调试过程，从PCB 测试调解设备的系统组成，到PCB 测试设备的硬件系统等两种故障类型的原因进行分析，寻求故障现象的相应诊断措施。
【关键词】PCB；硬件系统；系统调试一、PCB硬件系统的调试（一）PCB硬件系统的连线调试要全面开展对原理图的检查，重点的检查方向为是否准确标注芯片电源及网络节点，同时注意是否存在重叠的网络节点。
另外的检查重点为原件的封装。
封装使用的型号和引脚顺序，以及不能运用顶视图，尤其是非插针封装更要进行详细的检查。
检查错线、少线及多线等连线情况。
检查连线一般有以下两种方法：第一是根据电路图对安装的线路进行检查，按照电路连线，以特定的顺序检查每个安装完毕的线路；第二是根据实际线路与原理图进行对照，并从元件开始展开查线。
一次性查清每个元件的引脚连线，检查每条连线在电路图上的终点。
为了避免错漏，对于已检查的连线要在电路图上明确标示，优先选择指针万用表的欧姆挡中的蜂鸣器进行测试，直接对元器件引脚进行检测，这样可同时在检测过程中发现存在的不当接线情况。
（二）PCB硬件系统的元器件安装可采用万用表中的二极管来开展引脚间的短路、不良连接点等的测量，检测方式采用在电路板上使用滑行检测。
二极管、三极管、集成元件及电解电容极性等连接是否正确。
电源接口有否存在短路情况。
调试前暂不通电，若电源短路会导致电源烧坏，甚至产生更为严重的后果。
所以必须通过万用表进行电源输入阻抗的检测。
在通电之前，将其中一根电源线断开，使用万用表进行电源端的检查，确定其是否对地短路。
在设计过程中电源部分采用一个0欧姆电阻来开展调试，通电前首先检查电源电压是否为正常范围，之后再焊接电阻至PCB上为后面单元供电，防止通电时由于电源电压异常而导致后面单元芯片被烧毁。
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当今，在没有透彻掌握芯片、封装结构及PCB的电源供电系统特性时，高速电子系统的设计是很难成功的。
事实上，为了满足更低的供电电压、更快的信号翻转速度、更高的集成度和许多越来越具有挑战性的要求，很多走在电子设计前沿的公司在产品设计过程中为了确保电源和信号的完整性，对电源供电系统的分析投入了大量的资金，人力和物力。
电源供电系统(PDS)的分析与设计在高速电路设计领域，特别是在计算机、半导体、通信、网络和消费电子产业中正变得越来越重要。
随着超大规模集成电路技术不可避免的进一步等比缩小，集成电路的供电电压将会持续降低。
随着越来越多的生产厂家从130nm技术转向90nm技术，可以预见供电电压会降到，甚至更低，而同时电流也会显着地增加。
从直流IR压降到交流动态电压波动控制来看，由于允许的噪声范围越来越小，这种发展趋势给电源供电系统的设计带来了巨大的挑战。
PCB电源供电系统设计概览通常在交流分析中，电源地之间的输入阻抗是用来衡量电源供电系统特性的一个重要的观测量。
对这个观测量的确定在直流分析中则演变成为IR压降的计算。
无论在直流或交流的分析中，影响电源供电系统特性的因素有：PCB的分层、电源板层平面的形状、元器件的布局、过孔和管脚的分布等等。
图1：PCB上一些常见的会增加电流路径阻性的物理结构设计。
电源地之间的输入阻抗概念就可以应用在对上述因素的仿真和分析中。
比如，电源地输入阻抗的一个非常广泛的应用是用来评估板上去耦电容的放置问题。
随着一定数量的去耦电容被放置在板上，电路板本身特有的谐振可以被抑制掉，从而减少噪声的产生，还可以降低电路板边缘辐射以缓解电磁兼容问题。
为了提高电源供电系统的可靠性和降级系统的制造成本，系统设计工程师必须经常考虑如何经济有效地选择去耦电容的系统布局。
高速电路系统中的电源供电系统通常可以分成芯片、集成电路封装结构和PCB三个物理子系统。
芯片上的电源栅格由交替放置的几层金属层构成，每层金属由X或Y方向的金属细条构成电源或地栅格，过孔则将不同层的金属细条连接起来。
对于一些高性能的芯片，无论内核或是IO的电源供电都集成了很多去耦单元。
集成电路封装结构，如同一个缩小了的PCB，有几层形状复杂的电源或地平板。
在封装结构的上表面，通常留有去耦电容的安装位置。
PCB则通常含有连续的面积较大的电源和地平板，以及一些大大小小的分立去耦电容元件，及电源整流模块(VRM)。
邦定线、C4凸点、焊球则把芯片、封装和PCB连接在了一起。
整个电源供电系统要保证给各个集成电路器件提供在正常范围内稳定的电压。
然而，开关电流和那些电源供电系统中寄生的高频效应总是会引入电压噪声。
其电压变化可以由下式计算得到：这里ΔV是在器件处观测到的电压波动，ΔI是开关电流。
Z是在器件处观测到的整个电源供电系统电源与地之间的输入阻抗。
为了减小电压波动，电源与地之间要保持低阻。
在直流情况下，由于Z变成了纯电阻，低阻就对应了低的电源供电IR压降。
在交流情况下，低阻能使开关电流产生的瞬态噪声也变小。
当然，这就需要Z在很宽的频带上都要保持很小。
图2：Sigrity PowerDC计算得到电源板层上的电流分布。
注意到电源和地通常用来作为信号回路和参考平面，因此电源供电系统与信号分布系统之间有着很紧密的关系。
然而，由于篇幅的限制，同步开关噪声(IO SSO)引入的电源供电系统的噪声现象和电流回路控制问题将不在这里讨论。
以下几节将忽略信号系统，而单纯注重电源供电系统的分析。
直流IR压降由于芯片的电源栅格(Power Grid)的特征尺寸很小(几微米甚至更小)，芯片内的电阻损耗严重，因此芯片内的IR压降已经被广泛地研究。
而在下面几种情况下，PCB上的IR压降(在几十到几百毫伏的范围内)对高速系统设计同样会有较大的影响。
电源板层上有Swiss-Chess结构、Neck-Down结构和动态布线造成的板平面被分割等情况(图1)；电源板层上电流通过的器件管脚、过孔、焊球、C4凸点的数量不够，电源平板厚度不足，电流通路不均衡等；系统设计需要低电压、大电流，又有较紧的电压浮动的范围。
图3：包括和不包括电源整流模块的平板对输入阻抗。
例如，一个高密度和高管脚数的器件由于有大量的过孔和反焊盘，在芯片封装结构及PCB的电源分配层上往往会形成所谓的Swiss-Chess 结构效应。
Swiss-Chess结构会产生很多高阻性的微小金属区域。
根据，由于电源供电系统中有这样的高阻电流通路，送到PCB上元器件的电压或电流有可能会低于设计要求。
因此一个好的直流IR压降仿真模拟是估计电源供电系统允许压降范围的关键。
通过各种各样可能性的分析为布局布线前后提供设计方案或规则。
布线工程师、系统工程师、信号完整性工程师和电源设计工程师还可以将IR压降分析结合在约束管理器(constraint manager)中，作为对PCB上每一个电源和地网表进行设计规则核查的最终检验工具(DRC)。
这种通过自动化软件分析的设计流程可以避免靠目测，甚至经验所不能发现的复杂电源供电系统结构上的布局布线问题。
图2展示了IR压降分析可以准确地指出一高性能PCB上电源供电系统中关键电压电流的分布。
交流电源地阻抗分析很多人知道一对金属板构成一个平板电容器，于是认为电源板层的特性就是提供平板电容以确保供电电压的稳定。
在频率较低，信号波长远远大于平板尺寸时，电源板层与地板的确构成了一个电容。
然而，当频率升高时，电源板层的特性开始变得复杂了。
更确切地说，一对平板构成了一个平板传输线系统。
电源与地之间的噪声，或与之对应的电磁场遵循传输线原理在板之间传播。
当噪声信号传播到平板的边缘时，一部分高频能量会辐射出去，但更大一部分能量会反射回去。
来自平板不同边界的多重反射构成了PCB中的谐振现象。
图4：三种设置情况下 PowerSI计算得到的PCB输入阻抗曲线。
(a)不包含电源整流模块；(b)包含电源整流模块；(c)包含电源整流模块和一些去耦电容。
在交流分析中，PCB的电源地阻抗谐振是个特有的现象。
图3展示了一对电源板层的输入阻抗。
为了比较，图中还画了一个纯电容和一个纯电感的阻抗特性。
板的尺寸是30cm×20cm，板间间距是100um，填充介质是FR4材料。
板上的电源整流模块用一个3nH的电感来代替。
显示纯电容阻抗特性的是一个20nF的电容。
从图上可以看出，在板上没有电源整流模块时，在几十兆的频率范围内，平板的阻抗特性(红线)和电容(蓝线)一样。
在100MHz以上，平板的阻抗特性呈感性(沿着绿线)。
到了几百兆的频率范围后，几个谐振峰的出现显示了平板的谐振特性，这时平板就不再是纯感性的了。
至此，很明显，一个低阻的电源供电系统(从直流到交流)是获得低电压波动的关键：减少电感作用，增加电容作用，消除或降低那些谐振峰是设计目标。
为了降低电源供电系统的阻抗，应遵循以下一些设计准则：1. 降低电源和地板层之间的间距；2. 增大平板的尺寸；3. 提高填充介质的介电常数；4. 采用多对电源和地板层。
然而，由于制造或一些其他的设计考虑，设计工程师还需要用一些较为灵活的有效的方法来改变电源供电系统的阻抗。
为了减小阻抗并且消除那些谐振峰，在PCB上放置分立的去耦电容便成为常用的方法。
图4显示了在三种不同设置下，用Sigrity PowerSI计算得到的电源供电系统的输入阻抗：a. 没有电源整流模块，没有去耦电容放置在板上。
b. 电源整流模块用短路来模拟，没有去耦电容放置在板上。
c. 电源整流模块用短路来模拟，去耦电容放置在板上。
从图中可见，例子a蓝线，在集成电路芯片的位置处观测到的电源供电系统的输入阻抗在低频时呈现出容性。
随着频率的增加，第一个自然谐振峰出现在800MHz的频率处。
此频率的波长正对应了电源地平板的尺寸。
例子b的绿线，输入阻抗在低频时呈现出感性。
这正好对应了从集成电路芯片的位置到电源整流模块处的环路电感。
这个环路电感和平板电容一起引入了在200MHz的谐振峰。
例子c的红线，在板上放置了一些去耦电容后，那个200MHz的谐振峰被移到了很低的频率处(<20MHz)，并且谐振峰的峰值也降低了很多。
第一个较强的谐振峰则出现在大约1GHz处。
由此可见，通过在PCB上放置分立的去耦电容，电源供电系统在主要的工作频率范围内可以实现较低的并且是平滑的交流阻抗响应。
因此，电源供电系统的噪声也会很低。
图5：针对不同结构仿真计算得到的输入阻抗。
不考虑芯片和封装结构(红线)；考虑封装结构(蓝线)；考虑芯片、封装和电路板(绿线)。
在板上放置分立的去耦电容使得设计师可以灵活地调整电源供电系统的阻抗，实现较低的电源地噪声。
然而，如何选择放置位置、选用多少以及选用什么样的去耦电容仍旧是一系列的设计问题。
因此，对一个特定的设计寻求最佳的去耦解决方案，并使用合适的设计软件以及进行大量的电源供电系统的仿真模拟往往是必须的。
协同设计概念图4实际上还揭示了另一个非常重要的事实，即PCB上放置分立的去耦电容的作用频率范围仅仅能达到几百兆赫兹。
频率再高，每个分立去耦电容的寄生电感以及板层和过孔的环路电感(电容至芯片)将会极大地降低去耦效果，仅仅通过PCB上放置分立的去耦电容是无法进一步降低电源供电系统的输入阻抗的。
从几百兆赫兹到更高的频率范围，封装结构的电源供电系统的板间电容，以及封装结构上放置的分立去耦电容将会开始起作用。
到了GHz频率范围，芯片内电源栅格之间的电容以及芯片内的去耦电容是唯一的去耦解决方案。
图5显示了一个例子，红线是一个PCB上放置一些分立的去耦电容后得到的输入阻抗。
第一个谐振峰出现在600MHz到700MHz。
在考虑了封装结构后，附加的封装结构的电感将谐振峰移到了大约450MHz处，见蓝线。
在包括了芯片电源供电系统后，芯片内的去耦电容将那些高频的谐振峰都去掉了，但同时却引入了一个很弱的30MHz谐振峰，见绿线。
这个30MHz的谐振在时域中会体现为高频翻转信号的中频包络上的一个电压波谷。
芯片内的去耦是很有效的，但代价却是要用去芯片内宝贵的空间和消耗更多的漏电流。
将芯片内的去耦电容挪到封装结构上也许是一个很好的折衷方案，但要求设计师拥有从芯片、封装结构到PCB的整个系统的知识。
但通常，PCB的设计师无法获得芯片和封装结构的设计数据以及相应的仿真软件包。
对于集成电路设计师，他们通常不关心下端的封装和电路板的设计。
但显然采用协同设计概念对整个系统、芯片-封装-电路板的电源供电系统进行优化分析设计是将来发展的趋势。
一些走在电子设计前沿的公司事实上已经这样做了。
参考文献International Technology Roadmap for Semiconductors, 2005 Edition。
Raymond , IBIS Asia Summit, 2005[3]Jiayuan Fang, Jin Zhao, The Power of Planes - Low Impedance Power Delivery over Broad Frequencies, Printed Circuit Design & Manufacturing Magazine, .[4]Om, , Jin Zhao, "Comparative Study on Effectiveness of On-Chip, On-Package and PCB Decoupling for Core Noise Reduction by Using Broadband Power Delivery Network Models, " 55th Electronic Components & Technology Conference, May 31-June 3, 2005，[5]Jin Zhao, Michael Leins, "Evaluation and Elimination of PCB Edge Radiation Introduced by Core Switching Noise and I/O Simultaneous Switching Noise, " Technical Presentation at 2005 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 8-12 Aug, 2005, Chicago, Illinois[6]Please find related information at[7]John Kane, "On-Chip Power Integrity, Including Package Effects，" SOC Central online articles, March 14, 2005.作者：赵进高级工程师陈宇哲副总裁 Sigrity公司PCB电源去耦设计指南工程师们在设计PCB电源分配系统的时候，首先把整个设计分成四个部分：电源(电池、转换器或者整流器)、PCB、电路板去耦电容和芯片去耦电容。