PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第436页
420 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 改 进 后 的 PND 65 70 75 80 85 90 95 100 60 3( ) 25 0 5 10 15 20 — 55 — 50 I 45 I 40 5 I 3 时 间 （ ns ） 图 10-35 （ 续 ） m_3p eak ind Delt a=8. 365E -8 dep Delta =-0 .480 Min , Delta M…
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
420
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
改进后的
PND
65
70
75
80
85
90
95
100
60
3(
)
25
0
5
10
15
20
—
55
—
50
I
45
I
40
5
I
3
时间
（
ns
）
图
10-35
（
续
）
m_3peak
ind
Delta=8.365E-8
dep
Delta=-0.480
Min,
Delta
Mode
ON
0.6
mlO
Time=5.000ps
Circuites=0.997
mimproved
ind
Delta=7.617E
dep
Delta=-0.285
Min,
Delta
Mode
ON
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ADS
1.6
(A)
n
d
ADS
20
15
-
10
嫔
5
却
联
0
时间
（
ns
）
—
5
-10
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
10-36
改进
PDN
（
封装电容器
、
印制板电容器
、
VRM
阻尼
）
的谐振响应
。
我们使用
开关电容器负载实现重复的
8A
瞬时电流
们已经做了很多
，
如果仍旧需要改进
，
那么我们看看还可以有什么其他可做的
。
第
10
章
PDN
设计的实用方法
421
10.
19
再次审视瞬时电流的假设
到目前为止
，
在
PDN
分析中
，
我们已经假设
：
最大的瞬时电流
（
/max
—
即动态
电流高达
8A
。
可是
，
在谐振频率处重复这些的概率常常是非常低的
。
从负载观点理解电源
完整性工程师可能会争论
：
谐振频率时的最大重复瞬时电流仅是瞬时电流的一半
。
在这种
情况下
，
我们可能会争论
：
PDN
应该设计成为有
5
〜
9A
之间的瞬时电流
。
如果能这样假
设的话
，
则瞬时电流应该从
8A
减小到
4A
。
我们仿真这种减小瞬时电流的情况
。
图
10-
37
显示这个结果
，
最大下垂减小到
165mV
。
mimproved
ind
Delta=6.065E-8
dep
Delta=-0.165
Min,
Delta
Mode
ON
mlO
Time=5.000ps
Circuits=0.997
( A )
国
印
CINd
m_3peak
ind
Delta=8.365E-8
dep
Delta=-0.480
Min,
Deka
Mode
ON
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ADS
20
15
超
联
10
5
时间
（
ns
）
0
!改进后的卜
ND
图
10-37
重复瞬时电流从
8A
减小到
4A
（
在
5
〜
9A
之间
）
，
PDN
的性能改进
。
在谐振频带
处
，
目标阻抗上移
12.6m
。
看上去这个瞬时电流非常像是频率的函数
，
一般情况下
，
取合理的时间量
，
以使它从
最小动态电流变到最大动态电流
，
周而复始
。
在非常高的频率重复这个是困难的
，
我们直