PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第277页
第 8 章 PD N 生 态学 261 组 成 的腔 体 的集 总 参 数 电路 模型 ， 并比 较 从 芯片 焊 盘看 人 的 仿 真阻 抗 。 图 8-21 所 示 为 这 两 个 电路 。 S1P 1 T 1 空腔 模型 * T » i T T - - - 图 8-21 顶部 ： 从 芯片 焊 盘看 入 腔 体 的 仿 真阻 抗 的电路 ， 它 使 用的 仿 真 引 线电 感 具 有 两个不 同 尺寸 腔 体 的行 为 模型 。 …
260
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
第三个更高频率的阻抗特性是电容器的安装电感和腔体电容的并联谐振
。
小和大的腔
体是不同的
，
每个预期为
：
y^caps-cavity-1
inch
一
159MHz
V
Leaps
[
n
H
]
C
ca
vity
L
nF
J
J
陋也
—
—
=
1500MHz
y
InH
X0.
InF
(8-42)
£
159MHz
159MHz
1
匚八一口
/o
.
八
/caps-cavity-linch
=
/
厂
」
「
三
=
-
7=
-----------------
=
150MHz
(8-43)
/Leapsl_nH
」
CcavityLnF
」
X
lOnF
V
9
包括腔体分布电感在内这些谐振频率移动到较低的频率
。
最终
，
预期的第一模态谐振频率对两个腔体而言是不同的
。
我们估算为
：
Aodai-iinch
=
nX
—
—
c
----------
=
2
义
—
』
8in/ns
=
5.
7GHz
(8-44)
TDk
X
2
X
Len
X
2
X
lin
/mod
ai-ioinch
=
nX
/
C
----------
=
2
X
8
m
3
_
=
0
.
57GHz
(8-45)
TDk
X
2
X
Len
X
2
X
lOin
因为腔体被激励并从中心被观察
，
激励
的第一模式具有〃
=2
。
具有相同电容器的两个不同尺寸腔
体的阻抗曲线使用
3D
场求解器来计算,
结果显示于图
8-20
9
仿真的阻抗曲线准确地显示了我们
的预期
。
差别是电容器的分布电感
、
腔
体电容和模态谐振的相互作用
。
在这种
情况下
，
频率非常靠近估算的值
。
电容器和腔体并联谐振的仿真值为
105MHz
和
1300MHz
。
这些值稍微低于
图
8-20
9
个相同电容器附加于两个腔体的阻抗曲线
估计值
150MHz
和
1500MHz,
这是由于估计值不包括腔体的分布电感
。
第一模态谐振仿真数值为
6GHz
和
0.
6GHz,
非常靠近估计值
5.
7GHz
和
0.
57GHz
。
提示
在估算
PDN
元件的重要特性时
，
简单近似方法是十分有效的
。
我们加入这两个腔体的
S
参数行为模型
，
它们是由片上电容和封装引线电感元件组成
的电路
。
这个例子的数值为以下参数
。
片上电容
：
50nF
、
封装引线电感
：
250pH
、
腔体厚度
：
10mil
、
腔体的
Dk
：
4.3
、
腔体
尺寸
：
linXlin
和
10inX10in
、
从中心探测
。
9
个相同的去耦电容器中
，
每个电容器的容量
：
100nF,
每个电容器的安装电感:
InH,
每个电容器的
ESR
：
25m
。
。
我们使用腔体行为
S
参数模型
，
这个腔体是由集总参数电容器和
9
个去耦电容器并联
第
8
章
PDN
生态学
261
组成的腔体的集总参数电路模型
，
并比较从芯片焊盘看人的仿真阻抗
。
图
8-21
所示为这两
个电路
。
S1P
1
T
1
空腔模型
*
T
»
i
T
T
-
-
-
图
8-21
顶部
：
从芯片焊盘看入腔体的仿真阻抗的电路
，
它使用的仿真引线电感具有两个不
同尺寸腔体的行为模型
。
底部
：
片上电容和封装引线电感的模型
，
但是使用腔体和
9
个电容器并联的集总参数电路模型
图
8-22
所示为利用这两个模型计算的阻抗曲线
。
这两个
lin
和
10in
的腔体行为模型的
阻抗曲线
，
在这种刻度下是相同的
。
图
8-22
从芯片焊盘看过去的
PDN
仿真阻抗曲线
，
每个腔体都使用了
S
参数行为模型
（
顶
上两个相互靠近的轨迹
）
和腔体的集总参数电路模型
。
实际上
，
在行为模型中
，
使
用
lin
或者
10in
没有差别
基于腔体的集总参数电路模型和元件仿真的阻抗曲线
，
与
S
参数行为模型匹配得很
好
。
这个集总参数模型不包括任何在中心观察点
（
假设这个点是依附在封装上
）
，
在电容器
之间的分布电感
。
262
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
如果我们加入封装的分布电感
（
等效为
1
平方的片状电感
）
于电容器之中
，
则在集总参
数电路模型中
，
腔体的
S
参数模型与腔体的集总参数电路模型的一致性非常好
，
正如图
8-23
所示
。
T
I
-
工
一
^spreading
^pkg
*
■■
Qr^r>r\
图
8-23
当我们附加
1
平方的分布电感于集总参数电路模型时
，
正如顶部图所示
，
从芯片看
人的
PDN,
集总参数电路模型和
S
参数行为模型具有优秀的一致性
提示
从去耦电容器到封装之间的分布电感近似地为
1
平方的电感
，
这依赖于电容器
之间的相邻程度
。
这个分析有
3
个重要的结论
，
它们直接影响设计的决定
。
首先
，
在影响从芯片焊盘看过去的
PDN
阻抗曲线方面
，
腔体提供封装焊盘和去耦电
容器之间低的分布电感
。
腔体电容是不相干的
，
腔体尺寸
、
去耦电容器外部的位置
，
对于
PDN
是不相干的
。
提示
腔体对
PDN
最重要的作用是提供去耦电容器和封装之间的低分布电感
。
这意味
着电容越薄越好
。
这与通常的文献报道相矛盾
：
腔体在高频时对芯片提供低阻抗
（
电容
）
。
正如前面显示
的
，
高频低阻抗是由片上电容提供的
。
芯片焊盘在高频时没有看向腔体电容
。
在低频时,
去耦电容器的容量覆盖了相对小的腔体电容
。