PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第9页
有 足 够 的 数学 知识 可使一个 实 践 工 程 师 会 快 速 得 到一个 学 习 曲 线 以 实 现 折 中分 析 ， 并 且 识 别什么 是 重要的 — — 等 价值 一一 什么 是 不 重 要的 。 使 用简略的 方 程 式澄清 哪一个 项 是 重要的 ， 以及 如 何 组 合 它 们 来影 响 结 果 。 它 们 用 于 更 详细 地 重申 原 理 。 当 这 些 方 程 式 加上 数字时 ， 它 们 属 于 “ 第 一 …
vn
每个
PDN
都是唯一的
，
有自己的内情
。
每一个都有自己的功能要求
、
芯片特征
、
微
码和价格上的设计约束
、
性能
、
风险和研究周期
。
仅遵循其他人认为最好的设计原理来有
效地设计鲁棒性
PDN
是很困难的
，
一个坚实的设计方法起着重要的作用
。
在任何工程领域中
，
对包括电源完整性在内的很多问题的共同回答是
“
…
…
视情况而
定
”
，
回答
“
……
视情况而定
”
的仅有方法是清楚地定义这个问题
，
然后对这个特殊问题进
行分析
，
找出根源和不同的解法
。
开始就准确高概率地进入
PDN
的最有效的设计过程
（
和多数高性能产品设计方法
）
是
基于
4
个元素的
。
•
从建立最好的设计实践开始
•
理解信号与相互连接彼此作用的基本原理
—
—
麦克斯韦方程的基本应用原理
•
识别需避免的共同问题和它们的根源
•
对于每个特殊的产品详情和限制
，
使用有效探索设计领域的举足轻重的设计工具,
找到适宜的价格一性能一风险一研发周期之间的折中
。
很多课题的目标是在可接受的价格
、
风险和周期内
，
找到满足性能目标的可接受设计
。
本书为实现电源完整性工程提供坚实的理论基础
，
识别在
PDN
设计中所遇共同问题
的根源
，
遵循这个最好的设计实践并且执行工程折中分析来平衡价格
、
性能
、
周期和风险
。
本书的对象
本书减少了数学上的形式主义
，
揭示了电源完整性背后重要的工程原理
。
如果需要详
细的数学推导和复杂的数值仿真
，
那么请参考其他的书
。
这并不是说数学上的严密不重要
—
—
每个电子工程专业的学生应该都知道
。
作为实际
工程
，
能应用这些原理来解决实际问题比从麦克斯韦方程中推导出每一个详情更加重要
。
本书是以为高性能系统特殊设计的一套方法作为基础
，
以建立最好的设计原理为起
点
。
每一个设计都是特定的
，
都有自己的故事
、
系统性能目标和价格
、
风险和周期限制
。
这意味着你不能盲目地跟随每一个设计指南
，
而必须有自己的判断
。
这并不意味着要夺取你的
3D
全波仿真器和对每一件事情的仿真
。
这种做法将是一种
难以置信且无效的过程
，
不能保证会成功地转换为一种可接受的答案
。
工程判断的基础是理解基本原理
—
—
这是麦克斯韦方程的实际应用
—
—
确定需避免的
问题和根源
，
确认分析工具来有效地探索设计区域并找到可接受的答案
。
对于应用一套方
法来设计鲁棒性
PDN
系统来说
，
本书是指导方针
。
两位作者在信号和电源完整性领域有着
70
年以上的工程经验
，
在本书中提取出以电源
完整性作为基础的最重要的工程原理
。
有足够的数学知识可使一个实践工程师会快速得到一个学习曲线以实现折中分析
，
并
且识别什么是重要的
—
—
等价值
一一
什么是不重
要的
。
使用简略的方程式澄清哪一个项是重要的
，
以及如何组合它们来影响结果
。
它们用于
更详细地重申原理
。
当这些方程式加上数字时
，
它们属于
“
第一攻击线
”
。
在可能的地方
，
我们将
举一些
简单的例子以说明分析的近似性
。
在合适的地方
，
会介
绍测试工具的测量和真实系统
，
以例证这些原理的真实工作以及它们能很好地应用
于工程
判断
。
如果
PDN
设计是你的未来
，
那么你会发现
，
本书是你成功的必读书籍
。
本书易于浏览的
5
个特点
为了使工程师更加有效地使用本书
，
我们提炼出
5
个特点
。
我们已经尽了最大的努力来处理这种真实问题的复杂性
，
使其成为最简单的形式
，
以
识别它们的基本原理和如何应用它们
。
近似作为原理量化的方法已应用到具体的问题中
。
由于它们是帮助我们校准工程判断的第一步
，
所以我们能确定仿真结果的意义
。
在可能的地方
，
分析结果用数字图表的形式来表示
。
具有延伸说明的图表会告诉你文
字和方程并行的故事
。
每一个章节都提炼出我们认为最为重要的结论或者旁观者的观察
，
并将其作为提示展
示给大家
。
这些使读者可以轻松浏览本书或者回忆知识亮点
。
在每一章的末尾
，
我们都附加了总结部分
，
作为这一章中最重要的概括
。
阅读这一章
后
，
它们应该是很明显的和可预期的
。
最后
，
后面章节广泛使用的
PDN
谐振计算器电子数字表格可在网站上找到
，
网址为
informit.
com/title/9780
132735551
和
www.
beTheSignal.
com
0
电源完整性方面的补充信
息也可在这两个网站中找到
。
本书大纲
本书是为电源完整性工程师编写的训练手册
，
用于成功进行
PDN
设计
，
学习对策
、
基本原理和技巧
。
第
1
章概述
PDN
的定义和为什么工程上低阻抗是如此重要
。
我们引入阻抗这个概念作
为重要的设计特征和
PDN
性能的指示器
，
也引入了最为重要的优值来描绘
PDN
的设计目
标
—
—
目标阻抗
。
我们的目标是在可接受的价格
、
风险并满足性能和周期目标的情况下,
使设计的
PDN
阻抗曲线低于目标阻抗
。
第
2
章对阻抗进行了详细的回顾
，
它是评估鲁棒性
PDN
的基础
，
尤其对串联和并联
IX
RLC
电路的特性进行了回顾
。
这些电路决定了
PDN
阻抗曲线的基本特性
。
元件集合的阻
抗曲线仿真作为基本技巧引入
。
任何版本中免费的
SPICE
仿真器都可作为阻抗分析器
。
第
3
章介绍低阻抗测量技术
。
典型的
PDN
目标阻抗范围是
1
。
到低于
1m
。
。
测量元件
和整个
PDN
领域中非常低的阻抗时要用特殊技术
。
第
4
章揭示电感的本质
，
它是什么
、
它是如何受物理设计影响的
，
以及从物理设计特
征中如何评估回路电感
。
PDN
的相互连接采用工程上低回路电感
，
这是减小峰值阻抗的重
要方法
。
当电感不能继续减小时
，
重要的是要知道它的大小
，
这样就可以评价它的影响了
。
第
5
章回顾电容器的特性
、
个体以及组合在一起的行为
。
它们是使阻抗轮廓成型和管
理峰值的主要元件
。
介绍了由电容器组成的
5
个用于降低峰值阻抗的一般策略
。
特别介绍
了低安装电感的关键工程步骤
。
第
6
章介绍
PDN
内连接中电源和地平面关键且重要的特性
，
以及电容器与平面是如何
相互作用的
。
平面最为重要的特性
—
—
扩散电感
—
—
被详细地探索
。
另外我们指出从芯片
电路的电源质量角度来看
，
平面腔体谐振根本不重要
。
第
7
章探索
PDN
内连接另外的作用
：
为信号回路电流提供低阻抗
。
当信号通过它们
时
，
开关噪声
、
地弹跳都是在地平面上产生噪声的问题
。
这属于信号完整性领域
，
它有别
于电源完整性问题
。
因为开关噪声的根源与核心轨的
PDN
噪声不同
，
所以解决方法也
不同
。
我们要仔细区分重要的信号完整性和电源完整性
。
第
8
章探索
PDN
最重要的特性
：
由片上电容和封装引线电感产生的峰值阻抗
，
为减小
这个峰值
，
在印制板上可以做些什么
。
我们会指出
，
为克服由于这个峰值产生的限制
，
如
何平衡所有的设计原理
。
第
9
章描述由
CMOS
电路产生的电流特性
，
以及这个电流谱如何与
PDN
阻抗曲线相
互作用
。
介绍
3
个重要的瞬时电流波形
：
时钟边缘脉冲
、
阶跃瞬时电流和重复性方波电流
。
这些波形与不同的
PDN
特性相互作用
。
我们指出
，
最为重要的是
3
个元素
—
—
阻抗曲线
、
瞬时电流和激励电压
—
—
如何共同相互作用
。
已知任意两个元素
，
能够评估第三个
。
第
10
章汇集所有的原理和过程
，
说明如何设计
PDN
中某个特征来满足性能目标
。
特
别地
，
引入基本分析技术的简单的电子表格程序
，
它梦幻般地加速了基本满足设计要求的
产生过程
。
我们会浏览一些设计场景并且给出本书引入的电源原理的设计例子
。
从测量数
据中可看到
，
发展出来的
PDN
参数与测量得到的性能匹配得很好
。
关于本书教辅资源
，
只有使用本书作为教材的教师才可以申请
，
需要的教师请联系机
械工业出版社华章公司
，
电话
：
010-88378991
,
邮箱
：
wangguang@hzbook.com
。
Larry
Smith
和
Eric
Bogatin