PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第51页
第 2 章 PDN 阻 抗 设计 基本 原 理 35 2. 12 总 结 1 . PDN 的电 压噪 声 与 片 上 电 流 频谱 和 PDN 的阻 抗曲 线组 合 有 关 。 2 . 无 论 是 频 域 还 是时域 ， 阻 抗总是 为 V/L 包含 C 或 L 元件 的电路阻 抗 ， 在 频 域有 较 简 单 的 形式 ， 频 域 内 的电 压和 电 流 都 是正弦波 。 3 . 不 要 混淆实 际电路 元件和 理 想 电路 元件 ，…
34
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
图
2-24
用于仿真的具有
4
个阻抗矩阵元素的两个双端口电路
，
每个电路是相同的
。
使用的
AC
电流源迫使电流单独进入每个端口
，
同时保持另外一个端口开路
在左边的电路中
，
电流强制进入端口
1,
仿真端口
1
和
2
的电压
。
端口
1
的电压和流
入端口
1
的电流之比就是自阻抗
Zu
,
端口
2
的电压和流入端口
1
的电流之比就是转移阻抗
Z
2
io
强制进入端口
1
的电流有
1A
的幅度
，
其他端口的电压在数值上就是阻抗
：
Zu
=
和
Zz\
=
(2-72)
1
z
2
=o
1
i
2
=o
同样对于右边电路
，
当端口
1
设置为开路且进入电流为
0
时
，
电流强制进入端口
2
对
端口
1
和
2
的电压进行仿真
，
得到的数值就是阻抗
：
Z22
=
和
Z\z
-
-^―
(2-73)
[
八=
。
1
乙=
0
用这种方法
，
我们可以使用任何版本的
SPICE
来仿真任何电路的阻抗矩阵元素
。在这
个例子中
，
两个
RLC
电路有相同的
L
和
R
值
，
分别是
5nH
和
0.005
。
。
加在端口
1
的电容
器
C
的值是
1000nF,
加在端口
2
的电容器
C
的值是
100nF,
公共引线电感是
5nH
。
仿真的
阻抗矩阵元素如图
2-25
所示
。
由于具有公共引线电感的
RLC
电路在每个电路中是串联的
，
所以自阻抗是各自的
。
虽
然每个电路有不同的电容
，
但每个电路的等效电感是相同的
，
每个端口在高频时自阻抗的
极限是相同的
。
转移阻抗是一个端口上的电压与强制
进入另外端口上的电流之比
。
在这个例子
中
，
在另外端口上的电压是由于电流流过
5nH
的公共引线电感而产生的
。
无论哪个
端口的转移阻抗都是与
5nH
的电感相关联
的
。
在仿真响应中
，
我们看到
Zi2
和
Z2]
就
是
5nH
的电感器的阻抗
。
本章给出的阻抗矩阵形式可用于所有电
路
。
后面的章节将扩展这个概念
，
使其不仅
用于集总参数元件
，
也可用于分布参数元件
和由可用功率和地平面定义的波导腔
。
图
2-25
图
2-24
所示电路的仿真阻抗矩阵元素
第
2
章
PDN
阻抗设计基本原理
35
2.
12
总结
1
.
PDN
的电压噪声与片上电流频谱和
PDN
的阻抗曲线组合有关
。
2
.
无论是频域还是时域
，
阻抗总是为
V/L
包含
C
或
L
元件的电路阻抗
，
在频域有较
简单的形式
，
频域内的电压和电流
都是正弦波
。
3
.
不要混淆实际电路元件和理想电路元件
，
实际元件的作用是被测量而理想元件的作
用是用于仿真
。
4
.
很多复杂
、
实际结构的阻抗可用理想
RLC
电路元件的简单组合来描述
。
5
.
两个最重要且需理解的电路结构是串联
RLC
电路和并联
RLC
电路
，
对实际的
PDN
而言
，
它们是强大的
模型
。
6
.
每一个
RLC
电路有
4
个重要指标
：
串联或并联谐振频率
、
特性阻抗
、
q
因子
、
最小
或最大阻抗
。
评估每一个
RLC
电路时
，
它们总是首要考虑的量
。
7
.
PDN
阻抗曲线最重要的特性是由并联谐振引起的峰值
。
它们与
RLC
电路的特性阻
抗
Zo
和
°
因子有关
。
8
.
当对瞬时电流仿真时
，
电路的振铃频率由
PDN
的峰值阻抗频率决定
。
9,
阻抗矩阵是多端口电路阻抗概念的强大
扩展
。
这时
，
每一对端子被称为端口
。
10.
在阻抗矩阵中
，
对角线元素(称为自阻抗)与每个端口看人的阻抗有关
。
非对角线
元素(称为转移阻抗)与端口之间的耦合有关
。
小的转移阻抗意味着有非常小的耦合
。
参考文献
[1]
R.
J.
Smith
and
R.
C.
Dorf,
Circuits,
Devices
and
Systems:
A
First
Course
in
Electrical
Engineering,
5th
ed.
John
Wiley
&
Sons,
Inc
”
199
L
[2]
“
Ques
project:
Quite
Universal
Circuit
Simulator?
9
[Online].
Available:
.
[Accessed:
18-Apr-2016].
http://qucs.sourcefbrge.net/
[3]
“
Advanced
Design
System
(ADS)
|
Keysight
(Agilent).
55
[Online].
Available:
.
[Accessed:
18-Apr-2016].
http://www.keysight.com/en/pc-129711
3/advanced-design-
system-ads?cc=US&lc=eng
[4]
E,
Bogatin,
Signal
and
Power
Integrity
一
Simplified,
2nd
ed.
Upper
Saddle
River,
NJ:
Prentice-Hall,
2010.
[5]
A.
J.
Rosa,
G.
J.
Toussaint,
and
R.
E.
Thomas,
The
Analysis
and
Design
of
Linear
Circuits.
7th
ed.
John
Wiley
&
Sons,
Inc.,
2012.
[6]
L.
Smith,
S.
Sun,
P
Boyle,
and
B.
Krsnik,
“
System
power
distribution
network
theory
and
performance
with
various
noise
current
stimuli
including
impacts
on
chip
level
timing,
“
in
Custom
Integrated
Circuits
Conference,
2009.
CICC
'09.
IEEE,
2009,
pp.
621-628.
[7]
R
Scherz,
Practical
Electronics
for
Inventors.
McGraw-Hill
Education:
Professional
Books,
2000.
[8]
D.
M.
Pozar,
Microwave
Engineering,
4th
ed.
John
Wiley
&
Sons,
Inc.,
201
L
第
3
章
|
Chapter
3
低阻抗测量
3.
1
关注低阻抗测量的原因
设计一个强大的配电网络实际上就是设计一个能通过较宽频率的目标阻抗曲线
，
其范
围从直流到最高频率信号的带宽
。
在不同的应用程序中
，
目标阻抗的值在一些应用中或许
高于
1Q,
也可能低于
1m
。
。
仿真是每个
PDN
单元和整个生态系统设计分析过程中的关键部分
。
系统组件的测量
与模拟的相关性同样重要
。
测量不仅可以验证制造的组件是否符合性能规格要求
，
还可以验证仿真工具的准确性
以及将物理设计转换为仿真环境的过程
。
测量是最终的测试
，
使整个
PDN
生态学可最大
限度地达到目标阻抗
。
如果不是
，
那么测量可以成为加快调试过程的重要工具
。
我们面临
的挑战是如何测量低至
1m
。
结构的阻抗和频率高达
1GHz
的低阻抗
。
3.2
基于
V//
阻抗定义的测量
双端口器件阻抗的基本定义是其两端电压与通过它的电流之比
。
这是电路仿真中阻抗
分析仪的基础
，
用于测量低频组件的阻抗
。
提示阻抗的一个基本定义基于流过被测设备
（
DUT
）
的电压和电流的比值
。
这只是阻
抗的一个定义
，
下一节介绍另一个
。
原则上
，
我们在被测设备
（
DUT
）
的一个频率上施加正弦波电压
，
并测量流过它的电流
的幅度和相位
，
如图
3-1
所示
。
阻抗计算
：
Z</
）
=
7^7
（
3-1
）
式中
，
Z
（
/
）
是
DUT
的阻抗
；
V
（
/
）
是其上测量的电压
，
为复电压
；
是通过
DUT
上的
电流
，
为复电流
。
这是许多低端阻抗分析仪的测量基础
。
正弦波电压源驱动通过
DUT
的信号
，
并测量
通过它的电流
。
DUT
上的电压与流过它的电流之比与相位一起是
DUT
的阻抗
。