PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第434页

418 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 ADS 1.10 ( > ) 出 出 O N d 0.80 IT 1.00 J 1.05 0.95 0.90 0.85 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.75 0 5 0.80 AD S 1.10 1.05 时 间 ( ns ) 1 1PND m4l Tii…

100%1 / 453
第
10
章
PDN
设计的实用方法
417
图
10-33
PDN
阻抗曲线与原来使用默认值条件的三峰阻抗曲线间的比较
，
改进是在
VRM
模
型
、
MLCC
电容器
，
以及封装上电容器
望减小电压下垂和峰值电压噪声
。
图
10-34
所示为改进的
PDN
的时域仿真与三峰
PDN
的比较
。
由于我们对
3
个阻抗峰
值都进行了改进
，
所以在时域上
，
我们要在
3
个不同的时间刻度上显示
。
顶部图显示第一
个凹坑的改进
，
因为第一个峰
（
Bandini
山
）
的降低
。
我们在大约
15ns
处减小了最深的下
垂
，
从
218mV
下降到
186mV
。
在这个仿真中
，
我们已经选择
10
个印制板电容器
，
对于这个仿真增加阻尼和减小阻抗
峰值
，
这会更有效
。
在顶部图上
，
这是看到的阶跃响应的改进不是很大的一个理由
。
40
个
印制板电容器的特性阻抗从
36m
。
降低到
22m
。
，
给出了较大的阶跃响应改善
。
我们固定
Z
。
为
25m
。
。
也可期望大的三峰
PDN
下垂能被开关电容器负载所减小
。
随着
PDN
的电压
下降
，
负载拉出较小的电流
，
在仿真和真实的产品中都会有一些自校准
。
在波形识别上可
看到
q
因子确实降低了
，
这指出谐振时的峰-峰值噪声减小
。
中间图形显示第二下垂改善
，
它发生在大约
150ns
处
。
随着改进的
PDN,
下垂消失
，
但是可清楚地看到
“
DC
”
电压从初始值开始减小
。
我们能尝试性地称它为
DC
IR
压降
，
但
是这个频带上的电流来自印制板电容器
，
而不是
VRM
。
418
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
ADS
1.10
(
>
)
出出
O N d
0.80
IT
1.00
J
1.05
0.95
0.90
0.85
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时间
(
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imp_500..circuits=0.937
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50
100
150
200
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350
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450
500
时间
(
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原来南三峰
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0
1
2
3
4
5
6
7
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12
13
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16
17
18
19
20
时间
(
即
)
图
10-34
原来三峰
PDN
的时域阶跃响应与改进的
PDN
之间的比较
。
顶部图
：
我们看到了
封装电容器在大约
15rls
时对
Bandini
山的改善
；
印制板电容器的改进在大约
150ns
处
，
见中间图
；
VRM
模型改进在大约
2Pts
处
，
显示在底部图上
第
10
章
PDN
设计的实用方法
419
提示
在时间刻度上
，
以中频带频率范围进行抽样
，
这里的
PDN
阻抗曲线是相当平坦
的
，
阶跃瞬时电流的电压响应看起来就像一个
DC
偏离
。
这不是
IR
压降
，
而是
阶跃电流通过这个平坦阻抗曲线产生的
。
印制板电容器的
ESR
随时间对这个电压降的响应是相当平坦的
。
在
3
〜
30MHz
的频带
内
，
PDN
阻抗是相当平坦的
，
但是不太满足基于
5%
电压容差的目标阻抗
。
不用惊讶
，
在
50
〜
500ns
的时间窗内
，
电压大于
50mV
（
5%
）
下垂
。
如果我们能够完美地实现
PDN
阻抗正好
在目标阻抗内
，
那么在长时间内
，
我们应该预期阶跃电流的电压响应正好低于电压容差
。
底部图形显示来自合适阻尼下
VRM
的第三下垂改善
。
系统现在在
130kHz
时过阻尼
，
所
以没有振铃
。
在
L5ps
处有稍微下垂
，
这是
VRM
预期的典型时域性能
。
电容器的
ESR
和印
制板电容器之间的谐振设置了
PDN
阻抗
，
一直到几个毫秒处
，
这里由
VRM
调整器回路接管
。
对于
IV
的初始电压
，
长期电压固定有
10AX3.
lmQ
=
31mV
的降低
，
这是
DC
IR
压
降
。
电压轨迹的厚度主要是来自时钟边缘噪声
。
在
PDN
上
，
直流电源损耗是
312mV
。
正
如
PRC
的第
61
和
62
行所显示那样
。
图
10
-
35
所示为伴随泵电流的阶跃负载电流的响应
。
因为有片上电容和泵回路电感,
所以这个泵电流是负载电流低通滤波版本
。
与三峰
PDN
相比
，
改进的
PDN
有较快的电流
斜升
，
因为有较小的泵回路电感
。
因为
V
〃较大所以
，
有较大的击/山
（
小信号
、
斜率
）
。
电流曲线也显示为较高的谐振频率
。
与原来的三峰
PDN
相比
，
改进的
PDN
增加了阻尼
。
阶跃响应已经得到改善
，
从
218mV
下降到
186mV
。
图
10-36
所示为改进
PDN
和原来三峰
PDN
的谐振响应间的比较
。
初始的下垂与阶跃
响应的相同
。
随着时间的推移
，
来自负载电流周期之间叠加形成的
PDN
响应
，
建立起来了
峰-峰值电压
。
在改进
PDN
中最大下垂是
285mV,
原来三峰
PDN
的下垂是
480mV
。
虽然
这是实质性的改善
，
但这个下垂仍旧是
5
倍目标阻抗规定的电压容差
。
对实际的
PDN,
我
ind
Delta=l
.465E-8
dep
Delta=-0.186
Min,
Delta
Mode
ON
mlO
Time=5.000ps
Circuites=0.997
m_3peak
ind
Delta=1.566E-8
dep
Delta=-0.218
Min,
Delta
Mode
ON
(
>
)
出卯
O N d
m
imoroved
ADS
原来的
mlO
“
山皿
出
Himi
0.90
0.85
0.80
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
10-35
原来的三峰
PDN
和改进
PDN
的泵分支电路的电流阶跃响应和伴随的电压响应