大家好，我是廣元兄。很高興和大家分享信號(hào)完整性的相關(guān)知識(shí)。希望大家點(diǎn)贊，分享。有什么問(wèn)題加微交流學(xué)習(xí)，微信號(hào)【SI_Basic】。
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芯片的納米工藝，大家可能不熟悉。但說(shuō)到手機(jī)處理器應(yīng)該不陌生，現(xiàn)有手機(jī)芯片一般用的是7納米工藝，網(wǎng)上說(shuō)三星在瞄準(zhǔn)3納米，而臺(tái)積電在布局4納米。這說(shuō)明芯片溝道會(huì)越來(lái)越按比例縮小，集成電路的核心電壓會(huì)降低。但是功率和頻率卻在提升，這對(duì)于電源完整性未來(lái)的挑戰(zhàn)會(huì)越來(lái)越大。
說(shuō)到電源完整性，先不說(shuō)電源復(fù)雜的互連系統(tǒng)，單電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）部分在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中就需要足夠關(guān)注。
01
電源分配網(wǎng)絡(luò)包含從源端穩(wěn)壓模塊（VRM）到芯片，芯片分配電壓，再到電源路徑（單層直達(dá)或過(guò)孔轉(zhuǎn)換的幾個(gè)層面），最終流向使用芯片或終端設(shè)備。
電源路徑與信號(hào)路徑是有區(qū)別的，電源分配網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)電源路徑可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)分成多個(gè)路徑，或者說(shuō)轉(zhuǎn)換成多個(gè)電源，終端掛多個(gè)元器件，可以理解為一對(duì)多。而信號(hào)路徑只能一對(duì)一。
既然電源分配網(wǎng)絡(luò)是為終端設(shè)備提供所需電源，那就是有要求，就需要對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)管控。路徑上電壓是有變化的，那么電源分配網(wǎng)絡(luò)的電流就會(huì)有波動(dòng)，在這種情況下，就需要保持電源分配網(wǎng)絡(luò)阻抗低于目標(biāo)阻抗。
目標(biāo)阻抗的管控說(shuō)到底就是路徑管控。兩個(gè)因素：電源和地平面之間介質(zhì)盡量薄，盡量短而寬的走線。
02
下圖為消費(fèi)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)電源部分的實(shí)際情況圖：
板級(jí)電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的頻率范圍約從 1MHz 到 100 MHz。這正是電路板平面和多層陶瓷貼片電容器( MLCC) 發(fā)揮作用的頻率范圍 。這也是仿真時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注的頻率范圍。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，低頻率段由穩(wěn)壓模塊來(lái)平衡，高頻率段由芯片片選電容來(lái)解決，中間的頻段就是板級(jí)來(lái)管控。
我們說(shuō)的PDN設(shè)計(jì)一般就是指在PCB板級(jí)上給電源提供低阻抗路徑。這里面還有電容擺放位置、電容不同容值&個(gè)數(shù)、反諧振等方面，到仿真這一邊，就是交流部分：PDN阻抗提取和直流部分：IR Drop壓降。
03
當(dāng)交流電流通過(guò)電源路徑時(shí)，電源分配網(wǎng)絡(luò)上也將產(chǎn)生電壓降，這個(gè)壓降會(huì)隨著頻率發(fā)生變化。電源路徑的不同（層數(shù)&Shape寬度等），造成的壓降變化是不同的，輸出穩(wěn)定電壓到終端的難度很大，我們所要做的只是保證電壓的變化在一定的范圍之內(nèi)，也就是所謂的噪聲容差。上式就可能轉(zhuǎn)換為目標(biāo)阻抗：
PCB板級(jí)PDN設(shè)計(jì)，需要先確定板級(jí)電源分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)阻抗。舉例：1.2V的CPU用電為例，紋波百分比5%，最大電流為1.2A，根據(jù)公式：
上圖說(shuō)明，是否使能電容對(duì)PDN阻抗的影響很大。
04
三個(gè)軟件的操作上來(lái)看，Sigrity&SIwave操作方式比較簡(jiǎn)單，和寄生參數(shù)的提取大體相當(dāng)。
Sigrity電容模型
只是容值模型部分需要關(guān)注與研究，特別針對(duì)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
或許是不常用也或許是其他原因，ADS上操作相對(duì)比較麻煩，花費(fèi)的時(shí)間也比較長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)間是指EM仿真時(shí)間（30分鐘以上）。不知道ADS新的版本或者操作上有沒(méi)有更新改善。
反正這一通下來(lái)，感覺(jué)就是：一頓操作猛如虎，看到結(jié)果心里苦。最終，放棄了。
看到S參數(shù)就知道有問(wèn)題。感覺(jué)應(yīng)該是在疊層設(shè)置或者端口的設(shè)置那邊出了問(wèn)題。
疊層的部分，負(fù)片層方向；
端口的部分，Port負(fù)端方向。
三個(gè)軟件操作步驟：
PDN提取的的時(shí)候，ADS軟件給出頻率掃描范圍的建議，最高500MHz。
仿真出的結(jié)果對(duì)比：
