PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第264页
248 PD N 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 当 观 察封 装 回 路电 感时 ， Bandini 山总 会 涉 及 片 上 电 容 器 ， 这 是所有 PDN 的特 性 。 使 用 封 装的 去 耦电 容 器可使 峰 值 缓 和下 来 ， 这 是 由 于减 小 了 回 路电 感并 且 提 供了 阻 尼 电阻 , 但 是 与 片 上 电 容 器和 封 装 回 路电 感 相 关 联的阻 抗峰 …
第
8
章
PDN
生态学
247
提示
片上电容和封装回路电感的组合产生并联谐振的峰值阻抗
，
这是完整
PDN
生态
学中最重要的特性
，
在
PDN
设计中它是推进原理
。
当开始建立
PDN
生态学时
，
从这里的第一个例子中看到了新的行为
。
片上去耦电容
器和封装回路电感的相互作用产生了新的行为
，
它有重要的影响
。
PDN
阻抗曲线中的特性已经被后来的公司
steve
weir
所命名
。
在
Bandini
Fertilizer
公
司将其命名为
Vernon
、
California
后
，
Steve
Weir
将其命名为
Bandini
山
。
在
DesignCon
会议上
Steve
Weir
是早期参与者
，
在
PDN
设计原理方面发布了很多基
本构架的文章国
〜
7
兀他的幽默感众所周知
，
且他能看到不同领域之间的联系
。
这是他知识
领域中最为深奥的一面
。
他看到了
PDN
阻抗曲线中的并联谐振峰
，
这是
PDN
中最为讨厌的特性
，
并且立即看
到了它与
1984
年在洛杉矶举行的夏季奥运会之间的联系
。
这个故事告诉我们
PDN
峰为什
么会命名为
Bandini
山
。
Bandini
Fertilizer
公司是一个大的肥料生产厂
，
位于洛杉矶的东南方
。
为了证明它是
一个大的供应商
，
它决定利用
1984
年夏季奥运会进行宣传
。
它建立了
100ft(lft
=
0.
3048m)
的肥料山作为商业广告山
，
这几座山作为
3
个不同奥林匹克运动的背景
。
它聘请了专业运动员
，
以阶段模拟使用肥料山的奥林匹克运动
。
有铅球
、
三级跳远和
撑杆跳
，
所有阶段使用
Bandini
山作为目标对象
。
撑杆跳运动员
Dave
Kenworthy
后来向
LA
Time
承认
，
当拍商业广告时
，
他实际上并没有降落在一堆肥料中
，
但是商业广告却给
出这样的感觉
。
不幸的是
，
这个商业运作花费了很多的钱
，
但在增加肥料销售方面并不成功
，
公司立
即停止了运作
。
在夏季的洛杉矶留下了
100ft
高的肥料山
，
超过
100
万的访问者参加了这
个夏季奥林匹克运动会
。
本地的报纸称这个被放弃的肥料山为
Bandini
山
。
从此以后
，
术语
Bandini
山就与高的
肥料堆联系在一起
。
当从芯片的角度来观察
PDN
的阻抗曲线时
，
并联谐振峰值阻抗看上去惊人得像山
。
因为在
PDN
中
，
它扮演的角色就有这种有感觉
，
Steve
Weir
立即看到了联系
，
开玩笑地称
这个阻抗峰为
Bandini
山
，
这是一个恰当的描述
。
Bandini
山的峰值阻抗值与
LC
谐振回路的
q
因子密切相关
，
而这个因子又与两个元素
的
ESR
有关
。
封装引线的
ESR
和片上电容器的
ESR
常常会贡献高的
q
因子
，
具有的谐振
峰值阻抗值接近
1
。
。
Bandini
山的峰值阻抗频率依赖于并联谐振频率
，
我们可得到
：
,Bandini
[MH
z
]
=
—
—
,
,
产竺版
-
__
(8-
20)
27r
yLpkgCorx:
，
Lpkg[nH[CoDc[nF]
在图
8-9
中
，
片上电容器为
250nF,
封装引线电感为
250pH
,
可求得并联谐振频率为:
/
Bandini
[MHz]
=
----------
159MHz
---------
=
-------
159MHz
------
=
45MHz
(8-21)
yL
pkg
tnH]CoDc[nF]
，
0.
25nH
X
50nF
248
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
当观察封装回路电感时
，
Bandini
山总会涉及片上电容器
，
这是所有
PDN
的特性
。
使
用封装的去耦电容器可使峰值缓和下来
，
这是由于减小了回路电感并且提供了阻尼电阻,
但是与片上电容器和封装回路电感相关联的阻抗峰仍旧存在
。
图
8-10
是
BGA
封装芯片中
测量的阻抗曲线的例子
，
并显示了它的
Bandini
山
。
频率
(Hz)
图
8-10
测量测试芯片得到的阻抗曲线
。
在
33MHz
处显示出
Bandini
山
提示
PDB
生态学中
，
Bandini
山是最重要的特性
，
为得到准确的设计信息
，
它也是最
困难的
，
因为它必须来自半导体供应商
。
一般而言
，
估算
Bandini
山的频率是困难的
，
因为它依赖于片上电容和封装回路电感
有多大
，
这些数值非常依赖具体的芯片和具体的封装选择
。
虽然半导体供应商一般知道其器件的
PDN
参数
，
但它们不愿意给出这个信息
。
激
励阻抗峰值而制造
“
病毒
”
的可能性是存在的
，
写出来的微码迅速切换大量的门
，
在
Bandini
山的频率处调制电源
。
这将驱动最大的
PDN
瞬时电流
，
它带有通过
Bandini
山
峰值阻抗的具有危险的一次谐波
。
大的调制电流通过高阻抗后
，
在电源轨上产生大的
电压噪声
。
提示半导体供应商不愿意揭示其器件的脆弱点
。
确定
Bandini
山是困难和费钱的
。
在图
8-10
中
，
当
Bandini
山的频率为
33MHz
时
，
在片上
PDN
(在
33MHz
处有大幅
值)产生瞬时电流
，
它将流过这个峰值阻抗
，
并在芯片电路中产生大的电压
。
图
8-11
是在
测试芯片中
，
测量具有
33MHz
频率的大瞬时电流的电源电压
。
600mV
的峰-峰噪声电压已
经超过任何合理的噪声预期
。
对如何测量这个电压和在第
10
章启用的
PDN
电路参数
，
我
们提供了细节
。
第
8
章
PDN
生态学
249
F«ie
vertical
Timebase
Tngger
Display
Cursors
Measure
Math
Analysis
Uttibes
Help
板轨噪声
100mV
核心轨道噪声
100mV
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&识
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期
也如
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核心逻辑活动
；
一
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•
•
r
m
，
2
图
8-11
在
Bandini
山频率处最大瞬时电流具有大的一次谐波时
，
在芯片电源轨和印制板上
测量的电压噪声
不幸的是
，
两个占据统治地位且影响
Bandini
山最强烈的特性是片上去耦电容和封装
引线电感
，
对大部分设计者而言它们是不可理解的
，
它们由半导体供应商决定
。
增加片上
去耦电容和降低封装引线电感可大大地减小峰值阻抗
。
图
8-12
是阻抗曲线的一个例子
，
例
子是片上电容
、
封装回路电感和刻度上反比于片上电容的
ESR
的
4
种不同组合
。
图
8-12
片上去耦电容和封装引线电感
4
种组合的阻抗曲线
Bandini
山的阻抗峰值与第
6
章和第
7
章讨论的电源平面腔体的阻抗峰无关
。
这些阻抗
峰值可用电源平面的探针直接来测量
。
Bandini
山的阻抗峰值是用探针在片上电容测量的
，
其困难可想而知
。
为了电源完整性
，
我们关心硅电路端口上
PDN
电压的质量
。
在
Bandini
山峰值频率以