PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第278页
262 PD N 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 ^sp rea d i n g ^p kg …
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
。
第
8
章
PDN
生态学
263
提示与通常文献估计的相矛盾
，
腔体电容在高频时不提供低阻抗
，
片上电容则提供
。
腔体贡献分布电感
，
但它的电容是不重要的
。
其次
，
腔体中的模态谐振或与其他元件的相互作用在靠近或高于
100MHz
的
Bandini
山
，
或高于这个频率范围时
，
会引起高频峰值阻抗
，
这不是从芯片焊盘看过去的
。
峰值引
线的高阻抗和片上电容
，
在超过这些谐振频率时占据统治地位
。
提示
在
Bandini
频率以上的腔体阻抗曲线上看到的阻抗峰不是从芯片焊盘看到的
。
当信号的回路电流转变通过腔体后
，
它贡献于信号完整性问题
，
如串扰和增强辐射可
能遇到的
EMI
问题
。
我们多次描述的腔体谐振
，
对核心逻辑提供低阻抗电源毫无作用
。
在
为
PDN
选择去耦电容器后
，
我们可附加电容器来抑制平面谐振
，
降低信号完整性和
EMI
问题
。
它们是两个独立的设计要求
。
平衡两个设计要求的一个方法是为
PDN
选择电容器
，
然后使用额外的体积尽可能小
的电容器
，
以便减少安装电感
。
此外
，
使用相同体积的电容器获得尽可能大的电容值
，
但
并不会增加多少成本
。
这种方法中较大容量电容器的并联谐振频率低于典型的
Bandini
山
频率
。
提示
为了低的
PDN
阻抗选择电容值与选择电容器以降低腔体阻抗是不同的
。
二者都
要求有低的安装电感
，
且对端口的要求是相同的
。
最后
，
因为腔体尺寸不影响从芯片焊盘端口观察
PDN
性能
，
仅在设计连接去耦电容
器到封装的去耦性腔体时它才是重要的
。
当在一层上有很多电源路线时
，
这个尤为重要
。
从
VRM
到去耦电容器的地回路上有高的电感
，
电容器到封装焊盘的路径要被设计得有尽
可能低的电感
。
这个原理给出了在封装附近使用电源坑
、
电源岛和电源地平面的可能性
，
而这未延伸
到去耦电容器的位置
。
甚至平面段也被使用
，
以允许相同的层有很多电源轨
。
这是一种电
源平面不用于信号回路的优化设计
。
提示
从去耦电容器到封装电源和地焊盘之间使用电源坑
、
电源区域和地平面作为共
同的设计特征
。
关于电源和地分配的其他设计就变得不那么重要了
。
8.
10
低频端
：
VRM
和它的大容量电容器
使用从敏感线反馈的量与电压基准比较
，
来控制影响输出电压的元素
，
而保持输出电
压为常数
，
这就是电压调整器模块
。
这是脉冲发生器
，
能通过电感驱动
dl
/
山
，
使输出产
生电压
。
正如在开关调整器或串联场效应晶体管
（
FET
）
栅极那样
，
它调整从较高电压处流