权衡电源对PCB电源分配网络设计的影响

在进行比较复杂的PCB板子设计的时候，就必须进行一些设计权衡。为这些权衡，那么就存在一些因素会影响到PCB的电源分配网络的设计。

当电容安装在PCB板上时，就会存在一个额外的回路电感，这个电感就与电容的安装有关系。回路电感值的大小是依赖于设计的。回路电感的大小取决于电容到过孔的这段线的线宽和线长，走线的长度即连接电容和电源/地平面长度，两个孔间的距离，孔的直径，电容的焊盘，等等。

1、佳的和最差的电容布局

减小电容回路电感的设计要点：孔要放在离电容尽可能近的地方。减小电源/地的孔间距; 用短而宽的走线来连接孔和电容引脚; 把电容摆放在PCB的表面（顶层和底层）尽量靠近他们相应的电源/地平面, 在电源/地之间用薄的电解质。

2、不同情况的设计

差的设计：设计人员不关注电源分配网络（PDN）的设计、孔的间距没有优化、电源和地平面间的距离没有优化和孔到电容引脚之间的走线距离较长。

对于整个回路电感大小来讲，回路电感主要来自所布的线。同样，从安装电容的底层到最近平面的距离也是回路电感大小的主要因素。因此设计人员在电源和地之间用了10mil的电介质材料，那么回路电感的次要因素来自传播电感。过孔间的距离没有优化的效果相对于小孔的长度就没有那么的显著。孔的影响在比较长的过孔时会变得更大。

好的设计：设计人员关注了部分电源分配网络（PDN）的设计、孔的间距有所改善、孔的长度保持不变、电源和地平面间的距离有所改善和过孔到电容引脚之间的走线距离经过了优化。

走线的回路电感依然还是整个回路电感的主要贡献者。但是，好的设计的走线回路电感要比差的设计情况的走线回路电感小2.7倍左右。由于减小了过孔间的距离，过孔的影响有了一点点改善。

非常好的设计：设计人员非常注重PDN的设计、孔的间距和长度都有改善、电源和地之间的距离也进行了充分的优化以及过孔到电容引脚之间的走线距离经过了优化。

非常好的设计的走线的电感比差的设计的走线电感要小大约7.65倍。由于减少了走线长度，在PCB板上减少了从电容安装的底层表面到最近的平面层的厚度，这就达到了目的。

3、传播电感的设计

PCB板的传播电感是与设计是相关，电源和地平面间的介质中它是均匀存在的。3mil厚度或者更薄的厚度是最佳的减小平面传播电感的设计。主要分以下几步：

1）电源和地层间电介质厚度。当设计板子的叠层时，确定电源、层和其他的层。

2）定电容的时候，选择多个电容值，而不是选择一个相同值的大电容来达到目标阻抗。

3）放置高频电容的位置，以减少整个回路电感。

4）分割平面时，确保平面的形状成适当的方形。

5）和低频的电容对于如何放置没有那么的敏感。可以把他们放在离FPGA稍微远一点的地方。

4、设计的情况

在一块有多路外设的PCB板上，你的设计就不能再共享一个供电电源。这也许需要你通过你的设计去执行DDR的电源接口，联合各种I/O口的电源轨迹，或者联合各种接收端的电源轨迹以减少PCB的BOM成本和PCB的布局复杂度。

电源轨迹共享增加了PDN的复杂度，同时在PCB上和die的位置处也增加了大量的噪声。对于多路的情况，设计电源的分配解决方法主要有两步：低频解决方法和高频解决方法。