1.5 PDN影响SI

PDN设计严重影响SI，其原因有两点：1）所有的收发器都是由PDN供电的，PDN为这些器件提供了参考电压。供电电压的波动严重影响收发器的时序问题，例如驱动器上升边的提前或迟后，接收器参考电位的漂移等。2）电源/地平面构成了所有信号的返回路径，其设计的好坏直接影响高速信号传输的质量。因此，解决SI问题必须首先解决PI问题，即获得一个干净的参考电压以及为所有信号互连提供理想的返回路径，然后才能解决SI问题。SI问题主要是高速信号互连的设计问题，它应该在PDN被充分去耦的条件下进行。理想带状线就是一个典型例子，它假定两个参考平面均为理想的返回路径。在实际的PCB中，带状线受到两平面谐振的影响，传输质量有所下降。只有当两平面被充分去耦，即平面谐振被充分抑制，带状线的性能才能近似为理想带状线。

支配所有电子电路的基本定律只有两条：1）电流永远都是一个回路；2）电流总是流向阻抗最低的通路。这两条定律支配了所有电子电路，同样也支配了高速数字电路。电流是一个回路，这意味着所有信号必须有返回路径，在高速设计中必须知晓这个返回路径。人们惊讶地发现一种普遍现象——很多设计师将所有的时间和精力都放在信号路径的考虑和设计中，而无暇顾及返回路径。实际上，信号路径只占电流回路的一半，返回路径与信号路径同等重要，它们共同构成了电流回路。因此，必须像信号路径一样仔细分析与设计返回路径。不考虑返回路径的设计师是严重失职的，尤其是在高速场合，不考虑返回路径是不可能获得高速信号传输的。第二个基本定律则隐含着返回路径的存在形态。我们通常听到“电流总是流向电阻最小的路径”的定律，这个定律并不具有一般性，而是针对低频的特殊情况。更一般的说法就是电流总是流向阻抗最低的路径。在高速场合，这个返回路径往往并不是像我们想当然地那样流动。在高频主导回路阻抗的是回路电感，在高频出现的趋肤效应和挤近效应，导致电流重新分布以获得最小回路阻抗（感抗）。在高速互连中具体表现为返回路径总是紧邻信号路径而分布，如微带线和带状线。任何破坏这种紧邻分布的物理结构都会降低高速信号的传输品质，而破坏这种返回路径紧邻信号路径的物理结构就是所谓的高速互连的不连续（也称为阻抗突变）。在PCB和封装中，典型的高速互连不连续包括：走线拐角，走线尺寸/介质变化，走线分支，过孔，焊盘、封装引脚、键合线、连接器，电源/地平面上的开槽，等等，这些结构都将导致高速信号感受的瞬时阻抗发生突变，进而造成SI、PI和EMI问题。

在PCB和封装中，高速信号的返回路径就是PDN的重要组成部分——电源/地平面（包括电源/地过孔、去耦电容器、稳压器等）。电源/地平面上的开槽和信号切换参考平面都将造成返回路径的偏离，导致信号回路阻抗的突变，进而造成SI、PI和EMI问题。优良的SI设计应该建立在优良的PDN设计基础之上。