PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第421页
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 - 2…
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
)
ii
io
9
8
7
6
5
4
3
2
1
(
>
)
田
双
日
七
ADS
<
堤
-a
3
联
•
•
•
r
1
i
•
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'
.厂
—
I
'
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•
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•
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t
t
—
i
r
i
r
i
•
i
•
i
•
j
•
•
i
1
i
•
i
1
j
r
i
,
ooooooo
oooooooooo
ooooo
oooo
Z
b
9
00
O
CM
寸
98
。
Z
寸
980rM
寸
9
8
0cM
寸
980
一
一
一
一
一
7rzz
ZEE
EEE
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
ADS
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
：
406
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
品)
0.800
停止时间
上升时间
下垂
100ns
1
000ns
20
000ns
1
2
3
4
6
10
16
25
40
63
40
63
100
158
251
398
631
1
000
631
1
000
1585
2512
3
981
6310
10
000
15
849
25
119
0.723
0.725
0.728
0.735
0.753
0.795
0.864
0.913
0.943
0.962
0.928
0.928
0.929
0.929
0.935
0.943
0.956
0.970
0.915
0.916
0.919
0.924
0.935
0.956
0.970
0.979
0.984
阻抗峰值
1
2
3
时间常数
（
£C
的开方
）
3.6
80
1
222
ns
2
时间常数
7.2
161
2
444
ns
5
时间常数
18
402
6
110
ns
0.600
1
0.950
0.900
0.850
0.750
0.700
0.650
1.000
500
nsecstop
time
100
上升时间
（
ns
）
1
000
10
000
10
0000
—
100
nsecstop
time
—
20
psecstop
time
图
10-23
对于不同上升时间
，
每个峰电压下垂的总结
。
如果上升时间的增加足够大
，
则阶跃
电流仿真峰值是不必要的
，
PDN
上的电压下垂大大的下降
BW
=
0.
35
0.
35
X
2
人
九
X
T
time-
constant
几
X
T
1
cycle
2
=
义
/resonance
71
(10-46)
最短上升时间电流阶跃的最深电压下垂发生在大约进入谐振周期的四分之一时
，
大约
在瞬时电流开始后的两个时间常数
。
正如式
（
1
。
-
43
）
确定的数量那样
，
当电流阶跃的带宽
比峰值谐振频率足够低时
，
阻抗峰的影响几乎消失
。
当带宽小于峰值谐振频率的一半时,
或者上升时间长于大约
5
倍时间常数时
，
这是近似的
。
这时上升时间大致等于谐振频率的
周期
。
提示减小阻抗峰值影响的重要方法是防止电流上升时间短于
5
倍谐振时间常数
。
从
概念上实现是很容易的
，
但是实际上困难
，
因为电流上升时间通常依赖于微码
和生产工艺
，
不容易改变
。
本节的上升时间仿真使用的是理想电流阶跃源
，
它很容易改变上升时间
。
使用开关电
容器负载修改
PWL
方程中的斜率
，
很容易控制电流的上升时间
。
图
10-24
显示涉及开关
电容器负载的仿真
，
由斜率限制上升时间是
20ns,
这是
5
倍于第一谐振时间常数
。
第一个
下垂几乎完全消失
。
预期在大约
200ns
和
2000ns
处的第二和第三下垂是支配性的电压谐
振
，
如果仿真可执行那么长时间
。