开关电源高速电路中的SI PI (signal integrity 信号完整性 power integrity 电源完整性）

• 信号完整性(SI)

信号完整性的定义是信号在传输路径中的质量，确保信号从驱动端到接收端能够保持正确的时序、电压幅度和波形形状，避免失真和误码。因此，核心目标是信号能以要求的电压和时序被接收端正确采样。

问题	原因	影响
反射	阻抗不匹配（如传输线与负载）	波形畸变、过冲/下冲
串扰	线兼容性/感性耦合	临近信号相互干扰，误码率升高
时序偏差	传输延迟不一致	时钟采样错误，逻辑失效
地弹噪声	同步开关导致地点位波动	信号参考电平漂移

当出现这些问题的时候：

1. 阻抗匹配：端接电阻，如源端串联电阻、终端并联电阻
2. 布线优化：缩短走线长度、避免直角转弯、差分对等长
3. 仿真工具：Hyperlynx、ADS进行反射和串扰分析

• 电源完整性（PI）

问题​​	​​原因​​	​​影响​​
​​电压纹波​​	开关电源的周期性波动	模拟电路失真，ADC精度下降
​​同步开关噪声​​	芯片瞬态电流引发地弹（Ground Bounce）	逻辑误触发，时序混乱
​​PDN阻抗过高​​	去耦电容不足或布局不合理	瞬态响应延迟，电压跌落
​​EMI辐射​​	电源环路高频噪声辐射	系统电磁兼容（EMC）失败

电源完整性，一定是要确保电源分配网络（PDN）能为负载提供稳定、低噪声的电压和电流，满足芯片工作需求。其中核心目标就是将电压波动范围控制在5%（3.3V的系统需要控制在±165mv内）

面对这些问题有一些解决办法：

去耦电容：多级电容并联（如10μF+0.1μF+0.01μF）覆盖全频段阻抗。

低阻抗PDN：优化电源层/地层设计，目标阻抗 ≤ 0.1Ω（公式：Z_target = ΔV / ΔI）。

平面电容：利用PCB相邻电源/地层自然电容（如FR4板材每平方英寸约250pF）

SI与PI的关联性

1. 噪声耦合：电源噪声（PI问题）通过寄生参数耦合到信号路径，导致SI恶化（如地弹引起信号抖动）
2. 共同根源：高速开关电流同时引发SSN（PI）和串扰（SI），需要协同优化布局
3. 系统影响：SI失败导致数据错误（USB4信号误码），PI失败导致芯片复位（如CPU电压跌落导致宕机）。

• 应用中意义

1. 高速设计必备：当信号速率>50MHz或上升时间<5ns，必须要考虑SI/PI
2. 关键的设计流程：规划叠层结构与阻抗控制，后面通过SI/PI工具进行检测并且优化电容布局
3. 成本可靠性：SI/PI问题占硬件返修成本的30%,早期优化可以减少PCB迭代次数
4. 重要性：在电源中SI处理好，能够保证数据跑的稳、跑的准，PI处理好能保证电源能量的供给足、供的净，在开关电源中SI PI都具有很重要的地位。