电源完整性设计详解

绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%。例如：对于 3.3V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在 3.13V 到 3.47V 之间，或 3.3V±165mV。对于 1.2V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在 1.14V 到 1.26V 之间，或 1.2V±60mV。这些限制 可以在芯片 datasheet 中的 recommended operating conditions 部分查到。这些限制要考 虑两个部分，第一是稳压芯片的直流输出误差，第二是电源噪声的峰值幅度。老式的稳压芯 片的输出电压精度通常是±2.5%，因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。当然随着芯片工艺的提高，现代的稳压芯片直流精度更高，可能会达到±1%以下，TI 公司的开关电源芯 片 TPS54310 精度可达±1%，线性稳压源 AMS1117 可达±0.2%。但是要记住，达到这样的精 度是有条件的，包括负载情况，工作温度等限制。因此可靠的设计还是以±2.5%这个值更把 握些。如果你能确保所用的芯片安装到电路板上后能达到更高的稳压精度，那么你可以为你 的这款设计单独进行噪声余量计算。本文着重电源部分设计的原理说明，电源噪声余量将使 用±2.5%这个值。
电源噪声余量计算非常简单，方法如下： 比如芯片正常工作电压范围为 3.13V 到 3.47V 之间，稳压芯片标称输出 3.3V。安装到 电路板上后，稳压芯片输出 3.36V。那么容许电压变化范围为 3.47-3.36=0.11V=110mV。稳 压芯片输出精度±1%，即±3.363*1%=±33.6 mV。电源噪声余量为 110-33.6=76.4 mV。 计算很简单，但是要注意四个问题： 第一，稳压芯片输出电压能精确的定在 3.3V 么？外围器件如电阻电容电感的参数也不 是精确的，这对稳压芯片的输出电压有影响，所以这里用了 3.36V 这个值。在安装到电路板 上之前，你不可能预测到准确的输出电压值。 第二，工作环境是否符合稳压芯片手册上的推荐环境？器件老化后参数还会和芯片手册 上的一致么？