电源完整性与信号完整性的耦合效应及协同设计方法

电源分配网络（PDN）是信号完整性的根基。研究表明，70%的信号时序问题源于电源噪声。

​PDN阻抗特性与地弹抑制

1. 目标阻抗设计核心芯片（如FPGA）要求PDN阻抗<1 mΩ@100 MHz。例如，Xilinx UltraScale+芯片需在0.8 V电源网络部署100 nF+10 μF电容组合。

2. 地平面分割策略数字/模拟地单点连接，避免回流跨分割。例如，高速信号参考平面间隙需<10 mil，否则回流电感增加3倍。

去耦电容布局与频域优化

1. 电容谐振控制0402封装10 μF电容自谐振频率约2 MHz，需并联100 nF（谐振点15 MHz）覆盖更宽频带。

2. 放置优先级高频电容（100 nF）距芯片引脚<100 mil，低频电容（10 μF）可置于电源入口。

电源完整性设计是信号稳定的前提，需在频域内实现低阻抗PDN。下文将介绍信号完整性测试与验证方法。

信号完整性的测试与验证技术：从仿真到实测闭环

仿真与实测闭环是SI设计的最终验证环节。TDR与VNA是核心工具。

TDR阻抗测试与故障定位

TDR通过反射波定位阻抗突变点。例如，阻抗从50Ω跳变至45Ω时，反射系数Γ=(45-50)/(45+50)≈-0.05，对应波形下降5%。

网络分析仪频域参数提取

VNA测量S参数，如S11<-15 dB表示回波损耗合格。对56G PAM4系统，需测试S21插损至40 GHz。

案例：25G背板链路验证

• 仿真目标：插损<-3 dB@12.5 GHz；

• 实测结果：TDR阻抗偏差±5%，眼图张开度0.8 UI；

• 相关性分析：仿真与实测误差<3%，模型有效。

测试数据可反哺模型迭代，形成设计闭环。随着224 Gbps标准演进，SI测试精度要求将进一步提升。