为什么专家们对电力完整性解决方案意见不一?

在DesignCon 2022上，我很荣幸成为Heidi Barnes主持的电源完整性小组的一员。我的简短演讲是关于为什么电力完整性专家似乎不同意解决电力完整性问题的正确“解决方案”。例如，铁氧体是好还是坏?你应该使用一个值的电容器还是多个值的电容器?高Q电容好还是低Q电容好?

我提出，答案至少取决于分析中必须包含的三个因素。

首先，权力的完整性不仅仅是一个问题，而是十二个问题。当Larry Smith和我写关于电力完整性的书时，我们花了很多时间讨论电力完整性的解决方案。争论的解决总是因为我们各自在讨论不同的问题。当我们花时间去理解彼此的观点，坚持把自己说得清楚，努力去理解对方的时候，我们发现我们谈论的是不同的问题。

这就是五个盲人和大象的例子，如图1所示。每个人都在触摸大象的不同部位。人们认为大象像蛇。另一个人认为大象像一棵树，而另一个人认为它像一堵墙。事实上，大象是所有这些，取决于你触摸的部位。

图1所示。专家观察信号完整性就像五个盲人观察大象一样。

降低PDN中噪声的解决方案取决于哪些组件是产生噪声的侵略者，哪些组件是对噪声敏感的受害者。当从嘈杂的电源轨中过滤噪声到非常敏感的低电流锁相环电源轨负载时，铁氧体滤波器可能是一个重要的元件。

当噪声来自许多I/O开关的大开关电流时，最好的解决方案是在靠近封装引脚的电源轨上安装低电感大电容。当电源轨是大型FPGA的Vdd核心时，问题是Bandini山;由片上电容和封装引线电感产生的大的并联阻抗共振。解决方案是在电路板电源导轨上安装一个平坦的阻抗剖面，以抑制峰值阻抗。

这些都是不同的问题，有不同的根源，需要不同的解决方案。

将一种解决方案推广到电源完整性问题的第二个危险是，产品中的峰值电流和瞬态响应之间存在多达6个数量级的差异，如图2所示。

图2。不同产品之间电流负载超过6个数量级的例子。

AI服务器群中的单个网络进程可能消耗1000 A的电流，其瞬变顺序为1 nsec。在另一种极端情况下，一个小型的便携式个人健康监测手表在从睡眠模式转换到唤醒模式时，可能会消耗1毫安的瞬变电流，大约为1次使用。

在如此大的电流范围和瞬态时间下，一种解决方案不可能覆盖如此大的动态范围。

最后，每个应用程序中的每个产品都有一组不同的权衡，在最小可接受性能(由特性和边际衡量)与部署进度、开发成本、BOM成本和风险方面的成本之间进行权衡。这些是产品的设计约束，考虑到它的应用和公司的文化或愿景。如果产品是人为的，那么额外边际的设计成本就很容易被证明是合理的。但如果产品是一次性消费品，低成本可能就是一切。

拉里和我发现，当专家们考虑同样的问题时，在同样的系统中，在同样的系统设计约束下，很少有分歧。在这种情况下，争议通常会因为某个专家意识到的一些微妙之处而引起，而这些微妙之处可能并不广为人知。这就是为什么专家之间的对话和交流技术见解的机会如此重要。

这就是为什么我在拉里和我写书的时候学到了很多东西，也是为什么当我参加DesignCon并有机会听取专家的意见时，我总是能获得见解。