电源分配网络如何影响信号完整性？高频混压板供电规范解析

    Q：高频混压板中，电源分配网络（PDN）的设计规范与信号完整性有什么关联？实际设计中需遵循哪些要求？
    A：高频混压板的电源分配网络（PDN）是信号完整性的 “能量保障系统”，不规范的 PDN 设计会产生电源噪声、地弹效应，直接污染信号传输环境，导致信号完整性恶化。例如数字电路的开关噪声会通过电源网络耦合到模拟电路，造成 ADC 采样失真；地弹电压会使信号参考电平偏移，引发逻辑误判。因此 PDN 规范是高频混压板信号完整性规范的重要组成部分，核心目标是为所有电路提供稳定、低噪声的供电。

 

 

    电源域划分规范是首要要求。混合信号系统包含多个电压等级和电流特性的电源域，规范要求将模拟电源与数字电源、高频电源与低频电源严格分离，避免不同电源域的噪声相互耦合。例如 ADC 的模拟供电端需单独使用 LDO 稳压，与 FPGA 的数字供电网络隔离，两者仅在电源入口处单点连接。规范禁止将不同电压等级的电源平面重叠布置，电源平面之间的间距需≥30mil，防止容性耦合。

 

    去耦电容配置规范是抑制高频噪声的关键。高频信号的切换速度快，需要去耦电容提供瞬时电流，避免电源电压波动。规范要求每个器件的电源引脚都配置专用去耦电容，0.1μF 陶瓷电容需放置在距离电源引脚 <2mm 的位置，通过两个以上过孔连接至地和电源平面，最小化寄生电感。对于 GHz 级信号，还需在去耦电容旁并联 10μF 电解电容，形成 “高频 + 低频” 的双重滤波网络。

 

    电源布线规范有明确的量化要求。规范要求电源走线短而直，线宽根据电流大小计算，一般情况下数字电源走线宽≥8mil，模拟电源走线宽≥6mil，避免因走线电阻过大导致电压降。对于大电流电源路径，规范推荐使用铜皮铺铜，铜皮厚度≥1oz，同时设置多个过孔实现层间连接，降低过孔的寄生电感。电源平面的设计需保证低阻抗，规范要求电源平面的阻抗在目标频率下≤0.1Ω，通过增加铜皮面积和优化过孔分布实现。

 

    接地策略规范是 PDN 设计的核心。混合信号系统的接地规范需根据电路复杂度选择：对于简单系统，采用完整的单一接地平面，避免接地分割导致的回流路径不连续；对于复杂系统，可采用 “分区接地 + 单点连接” 的方式，模拟地和数字地分开布置，在电源入口处通过星形接地实现共地。规范禁止在接地平面上随意开槽，否则会破坏信号的回流路径，引发严重的电磁干扰。

 

    PDN 规范的验证要求也不可或缺。设计完成后需进行 PDN 阻抗仿真，确保在信号工作频率范围内，PDN 阻抗低于目标值；同时通过实际测试测量电源噪声和地弹电压，要求电源噪声峰峰值≤5% 的供电电压，地弹电压≤100mV。a