PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第250页
234 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 6 . 腔 体 设计 最 重要的 准则 是对所有 信号使 用 有 相 同 电 压 的 回 路 平 面 ， 这 样 可以加入 短 路通 孔 。 7 . 如果 腔 体 的 两个 平 面 没有 相 同 电 压 ， 则仅 有 的 变 通 方法是 使 用 与 通 孔 串 联的隔直电 容 器 。 隔直电 容 器使 通 孔性 能 恶 化 。 8 . 与 短路通 …
第
7
章信号返回平面改变时
，
信号完整性的探讨
233
仿真腔体阻抗
，
参数如下
：
Len
cavity
=
5in.
Dk
=
4.
3
、
Qavity
=
10mil
。
在腔体例子中
，
我们使用式
(7-69)
得到特性阻抗
：
Z
。
=
-------
2
X
忙
ity
--------------------
=
--------------------------
2
*
0♦
01
一
_
=
0.
73
。
(7-
69)
11.
8
Xe
0
TDk
X
Len
cavity
11.8
X
0.
225
X
IO
-3
X
5
从腔体中心观察点到边缘的扩散电感大约是扩散电感的
(
1/2-1),
这与腔体尺寸和接
触区域尺寸有关
。
作为初始状态
，
我们能使用
3/4
总的扩散电感
。
这个电感被分成
4
个电感
，
并联回馈
到
4
根传输线上
。
3
个正方形的扩散电感进入到每个传输线上
。
图
7-27
比较了传输线电路的近似和使用
3D
场求解器计算的阻抗曲线
。
i
室
频率
(
Hz)
图
7-27
腔体使用
3D
场求解器提取的和使用由
3
个正方形扩散电感并联的
4
根传输线近似
的阻抗曲线
。
注意
：
SRF
和第一腔体谐振能使用传输线模型有好的近似
比较显示具有好的一致性
。
稍微改变探测位置
，
在高频处放大或衰减谐振模式
。
简单
的四传输线模型没有足够的空间来捕获所有更高频率的模态共振
。
64
单元或更多单元的复
杂排列能显示为更高阶的模式
。
当我们使用腔体作为信号通孔回路的一部分时
，
我们能应
用这个模型近似回路的阻抗
。
我们能将这个模型快速地附加在不同的电容器上
，
来评估腔
体谐振的影响
，
甚至是通道之间的串扰
。
7.
16
总结
1
.
当信号回路的电流通过腔体阻抗时
，
它们在腔体中感应噪声
，
产生信号完整性和
EMI
问题
。
对于从
PDN
中消耗电流的片上电路来说
，
这很少是电源完整性问题
。
2
.
电压噪声的频率分量与腔体阻抗的峰值阻抗和回路电流的频率分量有关
。
3
.
设计腔体的目标是把峰值频率推向信号带宽以上
，
其次是降低峰值高度
，
使其低于
危险电平
。
4
.
腔体中薄的介质是降低模态共振峰值高度的最有效方法
。
5
.
腔体中将并联谐振频率推向上面的最为有效的方法是在腔体平面之间加入短路通
孔
，
这需要平面有相同的电压
。
234
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
6
.
腔体设计最重要的准则是对所有信号使用有相同电压的回路平面
，
这样可以加入短
路通孔
。
7
.
如果腔体的两个平面没有相同电压
，
则仅有的变通方法是使用与通孔串联的隔直电
容器
。
隔直电容器使通孔性能恶化
。
8
.
与短路通孔比较
，
若要把腔体谐振推向更高频率
，
隔直电容器要有高得多的密度
。
9
.
隔直电容器最重要的特性是它的安装电感
，
其次是它的
ESR
。
10
.
使用不是最佳数目的隔直电容器
，
设计鲁棒性腔体是困难的
。
包含规定的瞬时回
路的电流和腔体阻抗的仿真是非常重要的
。
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|
Chapter
8
|
第
8
章
PDN
生态学
到目前为止
，
我们已经审视了与
PDN
行为有关的原理和构成
。
PDN
构成最重要的特
性是它们是如何相互作用的
。
一个元件的容性可以与另外一个呈感性的元件并联组合而且
相互作用
。
这产生了并联谐振和峰值阻抗
。
虽然我们花了很大的努力
，
希望在
PDN
上附加电容器以得到尽可能低的阻抗
，
但峰
值阻抗仍旧是个实际问题
。
这意味着我们必须将完整的
PDN
系统作为一个整体来分析
。
这就是
PDN
生态学
。
现实问题和设计策略都是基于元件之间的相互作用
，
元件存在于整个
PDN
生态学
。
只有知道了这些相互作用的性质
，
我们才能分析每个元件的最佳特性
。
最终
，
根据整个生
态学
，
我们必须评估最后的特性
。
本章仔细研究
PDN
生态学的每一部分和它们所有的相互作用
。
8.
1
元件集中在一起
：
PDN
生态学和频域
PDN
是由
VRM
到芯片电源轨之间的连接线组成的
。
在这个路径上的每一个元件都扮
演传递低噪声的角色
，
给芯片的电源轨提供恒定电压
。
若想分析
PDN,
使用频域是方便的
，
因为
PDN
中的具体元件在规定的频域内
，阻抗
行为占据统治地位
。
图
8-1
所示为从芯片焊盘看过去的典型的频域阻抗和分布在每个区域
上的物理元素
。
PDN
中
6
个特定的元素扮演着重要的角色
：
•
片上电容
；
•
封装的
PDN,
包括封装中的去耦电容器
(OPD)
；
•
板级电源和地平面
；
•
MLCC
板级的去耦电容器
；
•
与
VRM
相关的大容量电容器
；
•
电压调整模块
(
VRM)
和紧随着的大体积去耦电容器
观察电容器的容量就能识别这些物理元素影响
PDN
曲线的特定的频率范围
。
使用这
种方法的危险在于设法单独优化每一个元件时会产生误导
。