PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第251页
| Chapte r 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 …
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
。
参考文献
[1]
S.
Chun,
L.
Smith,
R.
Anderson,
and
M.
Swaminathan,
u
Model
to
hardware
correlation
for
power
distribution
induced
I/O
noise
in
a
functioning
computer
system,
5,
in
52nd
Electronic
Components
and
Technology
Conference
2002.
(Cat.
No.02CH37345),
pp.
319-324,
2002.
[2]
S.
Pannala,
J.
Bandyopadhyay,
and
M.
Swaminathan,
''Contribution
of
resonance
to
ground
bounce
in
lossy
thin
film
planes,
5,
IEEE
Trans.
Adv.
Packag.
,
vol.
22,
no.
3,
pp.
249-258,
1999.
[3]
I.
Novak,Lossy
power
distribution
networks
with
thin
dielectric
layers
and/or
thin
conductive
layers,
M
IEEE
Trans.
Adv.
Packag.
,
vol.
23,
no.
3,
pp.
353-360,
2000.
[4]
L.
D.
Smith,
R.
Anderson,
and
T.
Roy,
“
Power
plane
SPICE
models
and
simulated
performance
for
materials
and
geometries,
n
IEEE
Trans.
Adv.
Packag.
,
vol.
24,
no.
3,
pp.
277-287,
2001.
[5]
H.
H.
Wu,
J.
W
Meyer,
and
A.
Barber,
''Accurate
power
supply
and
ground
plane
pair
models
[for
MCMs],
“
IEEE
Trans.
Adv.
Package
vol.
22,
no.
3,
pp.
259-266,1999.
[6]
Keunmyung
Lee
and
Barber
Alan,
''Modeling
and
Analysis
of
Multichip
Module
Power
Supply
Planes/
5
Components,
Packag.
Manuf.
Technol.
Part
B
Adv.
Packag.
IEEE
Trans.
,
vol.
18,
no.
4,
pp.
628-639,
1995.
|
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
。
236
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
1
j
100m
-
国
10m
工
1
m
二
VRM
大容量电容器陶瓷电容器
Ik
10k
100k
lx
lOx
lOOx
1g
频率
（
对数
）
（
Hz
）
图
8-1
顶部
：
PDN
生态学的特性
。
底部
：
从芯片焊盘看过去的阻抗曲线
PDN
最重要的特性是峰值阻抗
，
它是由特征边界的相互作用产生的
。
如果注意力放在
特定的区域
（
例如
VRM
或者
MLCC
电容器
）
产生的
PDN
系统不能被优化
。
提示
优化
PDN
元素效率最低的方法就是单独考虑每一个元素
。
PDN
中的现实问题是
由以上
6
个元素相互作用产生的
。
我们必须优化整个
PDN
生态学
，
而不是每个
素
O
把整个
PDN
系统作为一个元素的生态学来考虑
，
那里有元素之间的相互作用
，
如何
发挥每一个元素的作用
，
这是最重要的
。
例如
，
片上电容和封装
PDN
的相互作用产生最
大的峰值阻抗
。
VRM
和不同的大容量电容器相互作用影响供电的稳定性
。
在这个上下文
中
，
我们把
VRM
分成两个部分
：
调整模块
，
它包括控制电路
、
感应器和其他有源电路;
大体积去耦电容器
。
电源
、
地平面
，
以及带有封装
PDN
的
MLCC
电容器和片上电容器之
间的相互作用会产生或者破坏
PDN
其他的鲁棒性
。
也有通俗的文献常常聚焦于
MLCC
的选择而不考虑系统的其余部分
，
这意味着选择电
容器容量的设计指导方针是无意义的
。
提示影响
PDN
性能最重要的特性是阻抗峰值
，
PDN
中元素之间的相互作用强烈地影
响它
。
这就是整体
PDN
生态学是最重要的原因
。