一直以來，同步開關(guān)噪聲（SSN）被視為一個(gè)電感問題，其核心成因是大量硅驅(qū)動(dòng)器同時(shí)開關(guān)導(dǎo)致電流急劇變化（di/dt），從而在芯片地或電源電感上產(chǎn)生噪聲電壓（V = L * di/dt），即地彈現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)引線框架封裝，通過結(jié)合電感矩陣（考慮信號(hào)、電源和地導(dǎo)體間的互感）與硅驅(qū)動(dòng)器模型進(jìn)行電路仿真，可有效預(yù)測SSN噪聲波形。

隨著封裝工藝的發(fā)展，鍵合線已被焊球所取代，已采用電源/地平面和傳輸線特性的結(jié)構(gòu)，其寄生電感大幅降低（不到原來的1/100）且信號(hào)邊沿極快，同時(shí)開關(guān)I/O數(shù)量激增（甚至1000個(gè)）；盡管傳統(tǒng)的SSN分析已通過引入電容、電阻元件來模擬封裝延遲與損耗，但由此產(chǎn)生的超大規(guī)模電路模型導(dǎo)致仿真資源需求劇增且難以保證模型準(zhǔn)確性，因此亟需開發(fā)全新的SSN仿真方法。

電源平面反彈

同步開關(guān)噪聲（SSN）問題的本質(zhì)已從傳統(tǒng)的電感問題轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娣磸梿栴}，其核心在于管理信號(hào)傳輸線在參考平面上的返回電流。由于參考平面非理想，當(dāng)返回電流為電源與地平面間的平行板電容充電時(shí)會(huì)引起電壓波動(dòng)（即反彈）。

信號(hào)電流在電子封裝和印刷電路板（PCB）上所走的路徑是明顯的：它沿著信號(hào)跡線流動(dòng)。但是，對于每一個(gè)信號(hào)電流，系統(tǒng)中某處都存在一個(gè)返回電流。無論信號(hào)電平轉(zhuǎn)換方向如何，其高頻返回電流總會(huì)沿最近的參考平面流動(dòng)，該平面不僅控制傳輸線阻抗，更是構(gòu)成完整電流回路的關(guān)鍵部分。

下圖為芯片輸出驅(qū)動(dòng)器（IO Buffer）一個(gè)位的兩種開關(guān)狀態(tài)，它通過一個(gè)典型的CMOS推挽電路（一個(gè)PMOS和一個(gè)NMOS管）實(shí)現(xiàn)。這兩種開關(guān)狀態(tài)是互補(bǔ)的，它們分別在電源和地路徑上產(chǎn)生噪聲，共同構(gòu)成了同步開關(guān)噪聲（SSN） 或 電源/地彈 問題的兩個(gè)側(cè)面。

解耦電容由于其串聯(lián)電感而無法在 1 納秒的邊沿速率下響應(yīng)。電荷累積在 Vdd 和地平面上，這些平面的行為很像電容器的平行板。公式 Q=CV 支配著這種情況，電源平面產(chǎn)生電壓反彈，該反彈與平面間的電容以及傳輸線上的返回電流有關(guān)。這是引起電源平面反彈的主要機(jī)制之一。另一個(gè)是擴(kuò)散電感。

仿真

搭建仿真鏈路：4 條非常寬的微帶傳輸線，阻抗約為 22 歐姆，20 英寸（50 厘米）長，電源和地平面大約 300 mil（7.6 毫米）寬，長度與傳輸線相似。由于電源平面細(xì)長的特性，它們也可以被建模為單根傳輸線。根據(jù)這些尺寸和 FR4 材料，電源平面被建模為 2.26 歐姆的傳輸線。四個(gè)硅驅(qū)動(dòng)器位于板的左側(cè)，沒有電源平面去耦。電源從板的右側(cè)提供，該側(cè)得到了良好的去耦。在靠近有源驅(qū)動(dòng)器的板左側(cè)測量 Vdd 和地之間的電壓差。設(shè)置了兩種實(shí)驗(yàn)條件：一種是傳輸線的遠(yuǎn)端開路，另一種是傳輸線的遠(yuǎn)端用 44 歐姆電阻端接到 Vdd 和地。

該仿真鏈路包含封裝焊球和 PCB 焊球的電感，以及參考于電子封裝和 PCB 中反彈電源平面的傳輸線效應(yīng)。PCB 使用約 100 個(gè)解耦電容進(jìn)行去耦，并包含電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）供電。如下圖所示：

仿真結(jié)果的分析如下：

• 在高到低轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)發(fā)生較大的電源平面反彈，而在低到高轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)發(fā)生較小的電源平面反彈
• 有端接的情況，大部分的電源平面反彈出現(xiàn)在上升沿而不是下降沿
• 電源路徑中的返回電流是造成反彈的原因，大部分 SSN 噪聲是由電源平面反彈引起的