在电子产品设计中，当我们追求产品功能和成本优化时，我们往往忽略了使用去耦的目的，只知道许多不同大小的电容器分散在电路板上，使低阻抗电源连接到地面。但问题仍然是：需要多少电容器？
考虑设计一个10 mΩ参考层，如图1所示。如红曲线所示，系统电路板上使用了许多不同值的电容，0.001 μF、0.01 μF、0.1 μF等等。当然，这可以减少5000 MHz阻抗在频率范围内，但请看绿色曲线，同样的设计只使用0.1 μF和10 μF电容。这证明，这也有助于节省空间和材料（BOM）成本。
图1. 电容示例
结果可能是电感环路的形成。电容器放置不当或使用不同工艺和型号的电容器（因此对系统中的频率做出不同响应）可能会相互谐振，见图2。
图2. 谐振电容
因此，了解系统中使用的电容类型的频率响应是非常重要的。随意选择电容会使设计低阻抗PDS系统的努力白费了。
例如，六层堆叠可能包括顶部信号层、第一层、第一层、第二层、第二层和底部信号层。第一层和第一层电源层在层叠结构中相互靠近，两层间距为2至4密尔，形成固有的高频层电容。这个电容器最大的优点是它是免费的，只需要PCB注明制作笔记。如果电源层必须分割，同一层有多个VDD电源轨应尽可能大。不要留下空洞，注意敏感电路。这将使该VDD层的电容最大。
如果设计允许有额外的层（例如，从六层到八层），则应在第一层和第二层之间放置两个额外的接地层。当核心间距为2至3密尔时，层叠结构的固有电容将加倍，例如图3。
图3. 高频层电容示例
该结构比在高频时添加更多的分立高频电容器来保持低阻抗更容易设计。
例如，根据所使用的去耦策略，如果系统设计的开关电流为1 A，PDS的阻抗为10 mΩ，最大电压纹波为10 mV。计算简单：V = IR。
凭借完美的PCB传统的去耦可以覆盖高频范围，并在电源层的起点和高功率或浪涌电流设备周围使用(<500 MHz)。这可确保PDS阻抗在整个频率范围内最低。没有必要到处配置电容器；电容器正对着每一个；IC放置会破坏许多制造规则。如果需要这种严格的措施，说明电路还有其他问题。Got it？
在高度集成的电子产品中，电源系统的设计约占设计工作量的50%；对于复杂性FPGA在电路中，类型的产品应用通常会达到15~30个不同的电源。
电源完整性的目的是为系统提供连续、稳定、清洁的电源，以确保系统的稳定运行。在数字系统中，还需要一个非常稳定的电源系统来满足系统设计的要求，但不能使电源系统超标。因此，在设计电源完整性时，不仅要关注去耦电容，还要关注电源完整性、信号完整性和电磁兼容性的生态系统… …
然而，为了更好地分析传统分析信号和电源的完整性SI和PI我们需要相互影响SI和PI放在同一个EM模拟分析。
真实的PDN它是什么样子的？主要分为三部分：供电端（VRM）、用电端（Sink）和传输通道（PCB、Cable、瓷片电容等)。
在电路板设计中，有一个电源分配网络系统。电源分配网络系统的功能是为系统中的所有设备或芯片提供足够的电源，并满足系统对电源稳定性的要求。
我们看到电源，GND阻抗实际上分布在网络上。
电源噪声余量计算：
1、芯片的datasheet通常给出5%的虑到稳压芯片的直流输出误差，通常是 /_2.因此，电源噪声峰值不超过5% /_2.5%。
2、如芯片的工作电压范围是3.13~3.47稳压芯片标出输出电压为3.3V，安装在电路板后的输出电压为3.36V。允许电压的变化范围为3.47-3.36=110mv。稳压芯片输出精度为 /_1%，及3.36* /_1%= /_33.6mv。110-33.6=76.4mv。
计算电源噪声时应注意五点
(1)稳压芯片输出的准确值是多少？
(2)稳压芯片是否推荐工作环境。
(3)负载情况如何，对稳压芯片输出也有影响。
（4）电源噪声最终会影响信号质量。信号上的噪声源不仅是电源噪声，反射干扰等信号完整性问题也会叠加在信号上，因此所有噪声余量不能留给电源系统。
（5）不同的电压等级对电源噪声要求也不样，电压越小噪声余量越小。模拟电路对电源要求更高。
电源噪声源
(1)稳压芯片输出的电压不恒定，会有一定的纹波。
(2)稳压电源不能实时响应负载对电流需求的快速变化。稳压电源的响应频率一般为200Khz在此范围内，可以做出正确的响应。如果超过此频率，电源输出短引脚的电压将下降。
(3)电源路径阻抗和地路径阻抗产生的负载瞬态电流压降。
(4)外部干扰。
目标阻抗是电源系统的瞬态阻抗，是快速变化电流的特性阻抗。目标阻抗与一定宽度的频率有关。在感兴趣的频率范围内，电源阻抗不得超过此值。
目标阻抗公式
去耦电源电压，ripple典型值为2.5%，△Imax负载芯片最大瞬态电流变化。
在设计、分析和模拟电源完整性时，一个非常重要的概念是目标阻抗？但是目标阻抗真的是很多工程师认为的那么简单吗？
在真正的电源系统中，电容不再是简单的电容，而是包含在内ESR、ESL寄生参数。它们具有串联等效和并联等效，结果不同。
PDN阻抗随频率而变化，不同VRM也会导致阻抗曲线的变化，好VRM会使整条PDN阻抗曲线非常光滑。
信号的频谱含量很广，随着数据的传输而变化。在这种情况下，我们确实需要注意高阻抗频率的强制响应，以确保该响应不会影响芯片和芯片之间的通信PDN噪声。
阻抗曲线低于目标阻抗没问题吗？如果有多个不超过目标阻抗的巨大反谐振点，可以吗？
在电路设计中，通常会在电路板上放置多电容器。如何选择这些电容器？如何匹配？如何放置？这是每个工程师都会遇到的。
用一个电容组合的例子。该组合使用的电容器为：2个680uf钽电容，7个2.2uf陶瓷电容(0805包装)130.22uf陶瓷电容(0603包装)260.022uf陶瓷电容(0402)。图中上部平坦曲线为680uf电容阻抗曲线，其他三个容值曲线为图中三个V字曲线，从左到右2.2uf →0.22uf → 0.022uf。底部粗包路线为总阻抗曲线。
p>这个组合实现了在500K到150M范围内保持阻抗在33毫欧以下，到500M处，阻抗上升到110毫欧，从图中看反谐振点控制的很低。这是一个实际的案例，PCB是Xilinx的Demo板，包含了4pcs DDR4颗粒，速率达到3.2Gbps，同时还包含了很多SerDes总线，如USB,SFP+和PCIE等等。有15路主要的电源，与各类数字信号交织在一块16层的PCB板上。
对于这么复杂的PCB设计，如何开始EM仿真呢？最好的方式就是在直流状态下进行IR Drop的仿真，这个很容易理解。使用ADS PIPro就可以完成这个工作。
温度也会造成电源系统的不确定性，使用PIPro可以进行电源系统的电热联合仿真。下图表示的就是电源系统是否考虑温度的影响，这样导致的结果是不相同的。
使用PIPro可以提取PDN的S参数，同时仿真PDN的阻抗曲线。
其实信号与电源的关系就像一艘快艇行驶在海面上，相互之间都是有影响的。为了捕获SI和PI的所有的影响，可以把SI和PI放在同一个EM仿真中同时来仿真以获取一个完整的S参数。
SSN仿真是一直以来SI/PI协同仿真的重点，下面是一个SSN仿真的案例：
PDN的测量主要有时域测量和频域测量之分，下面是关于SSN噪声测量的案例：
如何设计一个好的电源系统，这是有一些可以遵循的方法的：