PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第420页
404 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 增 加上升 时 间的频率 内 容 会 渐渐消失 ， 所 以 没有尖 锐的转移 。 缓 慢 的 5 个上升 时 间长 于 8.4ns, 最快 的 5 个上升 时 间短 于 7.9ns 。 在图 上可 观 察 到 断点 ， 这里 不再 能 够 仿 真 Bandini 山 。 在 能 仿 真谐 振 和不 能 之 间的 上升 时 间 存在 一个 渐 变 过…
第
10
章
PDN
设计的实用方法
403
通过在三个不同的时间尺度上使用自定义的上升时间来阐述激励每单个峰值的上升时间
。
(
>
)
田
双
宏密
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1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
IE-8
1E-7
IE-6
IE-5
4E-5
时间
（
ns
）
图
10-19
使用
1ns
上升时间的电流阶跃激励的三峰
PDN,
在对数时间刻度上的时域波形
。
Bandini
山的高频峰下垂发生在
16ns,
第二个高频率峰下垂发生在
180ns
时
，
第三
个峰的下垂发生在
2us
首先
，
我们选择理想电流阶跃的上升时间从
1ns
增加到
63ns,
使用它来激励三峰
PDN
O
这个
PDN
的
Bandini
山是在
44.
1MHz
处
。
这是最高频率的峰
，
也可说是第一峰
。
与第一峰关联的下垂称为第一下垂
。
使用式
（
10-43
）
来估算带宽
，
当信号带宽减小到低于峰值频率时
，
或上升时间长于
0
・
35/0.0441GHz=7.9ns
时
，
我们预期仿真阻抗峰下降
。
图
10-
20
显示了仿真结果
。
顶部
图形显示芯片电压
，
底部图形显示了泵电流
，
它是负载电流被滤波的版本
。
ADS
1.2
O
7
6
4
2
0
O.
1
1
1
1
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4
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0
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1
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5
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80
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0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
时间
（
ns
）
图
10-20
当改变理想瞬时阶跃电流的上升时间和电流响应带宽减小到低于峰值频率时
，
它
们对仿真
PDN
电压的影响
。
这个例子使用了具有不同上升时间的理想恒流源
。
顶
部
：
不同上升时间电流边缘在芯片焊盘上的仿真电压
。
较长的上升时间不能仿真
高频阻抗峰
。
底部
：
通过封装的阶跃电流响应
404
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
增加上升时间的频率内容会渐渐消失
，
所以没有尖锐的转移
。
缓慢的
5
个上升时间长
于
8.4ns,
最快的
5
个上升时间短于
7.9ns
。
在图上可观察到断点
，
这里不再能够仿真
Bandini山
。
在能仿真谐振和不能之间的上升时间存在一个渐变过程
。
对于最快的上升时
间
，
下垂的最深部分似乎是在瞬时电流开始后的大约
8.
4ns,
所以看起来上升时间长于
8.
4ns,
阻抗峰有消失的效应
。
提示可观察到随着增加上升时间
，
下垂减小的重要影响
。
如果增加电流负载上升时
间超过一个能仿真重要阻抗峰的点
，
那么我们能大大改善
PDN
电压下垂性能
。
一些数字电路应用已经采取预定时间量来填充和抽空
。
如果
PDN
电流拉出的上升和
下降时间能保证大于一定的阈值
，
则阻抗峰的仿真是不必要的
，
因为没有足够的频率内容
来激励它们
。
我们执行相同的分析来对三峰
PDN
中的第二个峰
。
与第二个峰关联的下垂称为第二
下垂
，
这个
PDN
的第二峰是在
L
98MHz
处
。
使用式
(
10-43)
估算频率内容
，
我们预期
仿真第二峰的上升时间要短于
0.
35/1.
98MHz=177ns
o
我们也能预期第二峰发生在产生瞬
时电流后的
177ns
。
图
10-21
显示仿真时间扫略为
40ns.
63ns
、
100ns.
158ns.
251ns
、
398ns
、
631ns.
1000ns
o
较短的上升时间中仍旧有一些第一峰
(
42MHz)
的内容
，
所以在
开始时它是有些粗糙的
。
ADS
时间
(
ns
)
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寸
98
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寸
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寸
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寸
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一
一
一
一
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寸
寸
寸
寸
寸
IT)
时间
(ns)
图
10-21
当使用从
40
〜
1000ns
不同上升时间的理想阶跃瞬时电流激励时
，
在芯片焊盘上仿
真的电压噪声
，
这个上升时间对应带宽高于和低于第二阻抗峰
。
顶部
：
芯片焊盘上
的仿真电压
。
注意
：
短上升时间电流源能够激励第一谐振峰
，
给出初始的波纹
。
底
部
：
不同上升时间时的瞬时电流负载波形
第
10
章
PDN
设计的实用方法
405
从这个图形可观察到
，
上升时间长于
177ns
后有第二峰消失效应和第二下垂消失效应
。
这些上升时间是如此之长
，
以至于片上电容和泵回路电感对泵电流的滤波效应非常小
。
在
第二个图形中
，
长上升时间的电流波形几乎是直线
，
极少有高频波纹
。
最后
，
图
10
-
22
显示了第三个下垂
，
它与三峰
PDN
中的第三个峰相关联
。
第三个峰的
频率是
130kHz,
我们预期使用上升时间短于
0.35/130kHz
=
2.69RS
的激励
。
这个峰有点
高
，
q
因子稍大于第二峰的
q
因子
。
上升时间长于
2.69
淖
，
这时显示第三峰的仿真消失和第
三下垂消失
。
(
>
)
田 秘
川 士
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1.02-
1.00-
0.98-
0.96-
0.94-
0.92-
0.90-
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
图
10-22
当使用从
0.6
〜
25M
不同上升时间的理想阶跃瞬时电流激励时
，
在芯片焊盘上仿真
的电压噪声
，
这个上升时间对应带宽高于和低于第三阻抗峰
。
顶部
：
芯片焊盘上的
仿真电压
。
注意
：
短上升时间电流源能够激励第二谐振峰
，
给出初始的波纹
。
底部:
不同上升时间下的瞬时电流波形
图
10-23
总结了上升时间的仿真结果
。
下垂电压以表和图的格式进行记录
。
很清楚,
第一下垂(来自
Bandini
山)如果可能被激励的话
，
则是最危及
PDN
电压的
。
L
和
C
的并联组合可产生每一个谐振峰
，
我们可得到谐振频率的周期为
：
Ticycie
=
27r
7LC
(10-44)
作为
LC
电路响应时间粗略的优值
，
我们定义谐振时间常数为
：
Ttimeconstant
=
=
--------- -------
=
~
----------
(10-45)
乙冗
3
resonance
乙冗
J
resonance
如果一个信号的上升时间是时间常数的九倍
，
则它的带宽大致是
：