PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第449页

第 10 章 PDN 设计的 实 用 方法 433 路电阻 上升到 4 ・ 35m 。 。 使 用额 外 的阻 尼 , 仿 真的 峰 - 峰 值 谐 振波形是 584mV, 这 与 测 量的 577mV 和 电 子数据 表 中 的 588mV 都 很 匹 配 。 这 个 或多或少是 人为 的 , 但 对 于 实 现 损 耗 、 q 因子 和 阻 抗峰 值 是 合 理的 , 系统 必 须 产 生 测 量的 波形 。 10.23 PDN 阻…

100%1 / 453
432
PDN
设计之电源完整性
:
高速数字产品的鲁棒和高效设计
仅有的解释是
Zpeak
必须很高
,
Zpeak
是
q
因子和特性阻抗的乘积
,
有时
,
损耗需要大一
些
,
q
因子需要小一些
。
在
PDN
测量中
,
这是常有的情况
。
系统比初始仿真估计的有更多的损耗
。
在这种情
况下
,
解决的方法是附加
o.6m
。
于小球/插口的电路位置
,
正如电子数据表的第
19
行所
示
。
正如第
18
行所示
,
印制板已经有
3.
75m
。
的电阻了
。
在插口位置附加电阻带来的泵回
第
10
章
PDN
设计的实用方法
433
路电阻上升到
4
・
35m
。
。
使用额外的阻尼
,
仿真的峰-峰值谐振波形是
584mV,
这与测量的
577mV
和电子数据表中的
588mV
都很匹配
。
这个或多或少是人为的
,
但对于实现损耗
、
q
因子和阻抗峰值是合理的
,
系统必须产生测量的波形
。
10.23
PDN
阻抗测量和电压特征的仿真总结
在表
10-19
中
,
我们总结了测量数据
、
输入
、
PDN
参数计算和仿真结果
,
它是
PDN
谐振计算器的格式
。
我们使用假设简单的
PDN
拓扑的计算参数来形成
ADS
仿真结果
。
表
10-19
与
Altera
测试芯片
、
瞬时电流和
PDN
特性关联的抽取输入项的总结
FPGA
PDN
例子
测量
输入
计算
仿真
单位
1
Vdd
1.
1
1.
1
—
—
V
2
泄漏电流
3
3
一
一
A
3
在
266MHz
时的总电流
11
11
—
—
A
4
在
533MHz
时的总电流
19 19
—
—
A
5
/clock
533 533
—
—
MHz
6
时钟边缘噪声
(
脉冲响应
)
105
108
一
—
mV
7
谐振频率
33
33
一
33.
11
MHz
8
/
cIk
=
266MHz,
100ns
时的印制板下垂
一
一 一
—
mV
9
在
266MHz
时的动态电流
一
一
8
—
A
10
在
533MHz
时的动态电流
—
一
16
一一
A
11
每个时钟周期的电荷
(
9
cycle
)
—
一
30
—
nC
12
开关电容
一
一
27
—
nF
13
不开关的电容
—
—
286
一
nF
14
片上电容
—
一
313
—
nF
15
开关因子
一
—
10%
一
—
16
PDN
回路电感
—
—
74
一
pH
17
PDN
Z
o
一
一
15.4
15.4
mQ
18
印制板回路电阻
—
—
3.
75
一
mQ
19
小球/插口电阻
一
0.
6
一
—
mQ
20
泵回路电阻
一
一
4.
35
—
mQ
21
Vdd
上泄漏的有效电阻
—
—
122
—
mfl
22
16A
响应的负载电阻
一
—
138
—
mfl
23
芯片电阻
—
一
0.
80
—
mQ
24
泵回路的
q
因子
一 一
3.
54
3.
05
—
25
泄漏的
q
因子
一
一
7.9
7.5
—
26
负载的
q
因子
—
—
8.9 8.8
—
27
ODR
的
q
因子
—
一
19.3
20.
7
—
28
组合的
q
因子
一
一
1.
75
1.
68
—
29
阻抗峰值
一
—
26.
9
25.
9
mH
30
在
266MHz
时的
Z_target
一 一
6.9
—
mQ
31
在
533MHz
时的
Z_target
一
—
3.4
—
mH
32
阶跃响应下垂
146
—
123
150
mV
33
谐振峰-峰值噪声
577
—
548
584
mV
434
PDN
设计之电源完整性
:
高速数字产品的鲁棒和高效设计
第
30
和
31
行所示为时钟频率在
266MHz
和
533MHz
时的计算目标阻抗
,
分别为
6.
9m
。
和
3.4m
。
。
目标阻抗远低于特性阻抗
(
15.4mO,
第
17
行
)
和阻抗峰值
(
25.9m
。
,
第
29
行
)
。
看到与阶跃和谐振响应相关联大的下垂后
,
可认为这种情况是预期可见的
。
芯片-封装-
印制板不是为处理大电流和瞬时电流设计的
,
这个大电流已经在试验中测量到
。
这个
FPGA
已经远离它的正常工作区域
。
第
28
行显示的
q
因子
(
1.68
)
不是非常高
,
对大多数标准而言
,
这个
PDN
有好的阻
尼
。
在初始的文献中
,
仿真的
q
因子是
3.
9,
阻抗峰值是
63mO
。
看来
,
这时一些阻尼机制
(
即泄漏和负载损耗
)
没有被考虑进去
。
这里的计算和仿真结果显示
q
因子和峰值阻抗实际
上要小得多
。
提示
这个练习清楚说明测量和描述
PDN
的重要性
。
实际系统通常比初始预测的具有
更多的损耗和阻尼
。
本节已经证明了如何使用一些时域测量来估算简单
PDN
拓扑的参数
。
需要测量的有
以下几个参数
。
•
PDN
电压
•
泄漏电流
•
几个时钟频率下的电流
•
脉冲响应
•
谐振频率
脉冲响应是关键
,
因为我们能测量时钟边缘下垂
,
从中推断具有的片上电容
。
我们能测量谐振频率的周期
,
它可引导电感计算
。
这样就可以得到足够好的脉冲和阶
跃响应仿真结果
。
对于谐振响应
,
我们必须放入比简单测量稍微多一些的阻尼
。
如果设置有用
,
那么我
们可测量从芯片泵到印制板平面的电压下垂
,
得到这个电阻的准确数值
。
提示
本节已经证明了实际的做法
,
逆向处理目前的
PDN
以找到很多主要的参数
。
10.24
总结
1
.
PDN
设计实际上是管理阻抗曲线的峰值
。
2
.
每个峰值有
3
个术语特征它
:
谐振频率
、
特性阻抗和
q
因子
。
3
.
3
个重要的
PDN
电流波形告诉我们
,
关于
PDN
电压响应电源完整性工程师需要知
道的每一件事情
:
时钟边缘脉冲响应
、
瞬时电流阶跃响应和谐振方波电流响应
。
如果你知
道这些电压响应
,
那么你就可以描绘期望的
PDN
性能
。
4
.
我们可以在电子数据表上用一阶方式描述这些重要特性
,
并容易地探索设计空间
。
在
PDN
设计中
,
这是适当的起始点
。
最重要的好处是它可快速地指出影响峰值阻抗的主
要设计特征
,
评估期望的
PDN
性能
。