パワーインテグリティ (PI)

PIと呼ばれるPower Integrityは、電源と供給先の電圧と電流が要件を満たしているかを確認することです。パワーインテグリティは依然として高速 PCB 設計における最大の課題の 1 つです。

パワーインテグリティのレベルには、チップレベル、チップパッケージングレベル、回路基板レベル、システムレベルが含まれます。その中で、回路基板レベルでのパワーインテグリティは、次の 3 つの要件を満たす必要があります。

1. チップ ピンの電圧リップルを仕様より小さくします (たとえば、電圧と 1V の間の誤差は +/-50mv 未満です)。

2. グランドリバウンドを制御します（同期スイッチングノイズ SSN および同期スイッチング出力 SSO とも呼ばれます）。

3、電磁干渉 (EMI) を削減し、電磁両立性 (EMC) を維持します。配電網 (PDN) は回路基板上の最大の導体であるため、ノイズを送受信しやすいアンテナでもあります。

パワーインテグリティの問題

電源の完全性の問題は主に、デカップリング コンデンサの不合理な設計、回路への深刻な影響、複数の電源/グランド プレーンの不適切な分割、不合理な形成設計、および不均一な電流によって引き起こされます。パワー インテグリティ シミュレーションを通じてこれらの問題が見つかり、次の方法でパワー インテグリティの問題が解決されました。

(1) 特性インピーダンスの要件を満たすように PCB 積層ラインの幅と誘電体層の厚さを調整し、信号ラインの短い逆流経路の原理を満たすように積層構造を調整し、電源/グランド プレーンのセグメンテーションを調整します。重要な信号線のスパン分割現象を回避します。

(2) PCB で使用される電源の電源インピーダンス解析が実行され、電源を目標インピーダンス以下に制御するためにコンデンサが追加されました。

(3) 電流密度の高い部分では、デバイスの位置を調整して電流がより広い経路を流れるようにします。

パワーインテグリティ分析

パワーインテグリティ解析における主なシミュレーションの種類には、DC 電圧降下解析、デカップリング解析、ノイズ解析などがあります。 DC 電圧降下解析には、PCB 上の複雑な配線と平面形状の解析が含まれており、銅の抵抗によってどの程度の電圧が失われるかを判断するために使用できます。

PI/熱協調シミュレーションにおける「ホットスポット」の電流密度と温度のグラフを表示

デカップリング解析では通常、PDN で使用されるコンデンサの値、タイプ、および数が変更されます。したがって、コンデンサモデルの寄生インダクタンスと抵抗を含める必要があります。

ノイズ分析の種類は異なる場合があります。これらには、回路基板の周囲に伝播する IC 電源ピンからのノイズが含まれる場合があり、デカップリング コンデンサによって制御できます。ノイズ解析により、ノイズがホールからホールへどのように結合するかを調べることができ、同期スイッチングノイズを解析することができます。