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PCB设计:谈谈电源完整性仿真的必要性

百度文库?? 2015年06月02日 ?? 收藏2

目标阻抗Ztarget

该聊聊大家都很熟悉的目标阻抗Ztarget了。笔者认为,这个目标阻抗是电源完整性仿真里的一个有用但不精确的标准。

电源完整性仿真

其中:Ztarget目标阻抗

Power Supply Voltage是工作电压

Allowed Ripple 是允许的工作电压纹波系数

Current 是工作电流,目前这个值是用最大电流的1/2来替代。

大家都知道,电源测试的时候,主要是测试纹波,噪声,但是业界目前还很难通过软件进行时域的纹波噪声仿真(一些大公司已经通过测试来建立芯片的噪声模型, 然后用这个模型直接仿真,得到的结果就是电源噪声,但目前还处于探索阶段,没有推广使用),而是仿真电源分配系统的电源阻抗,他们的关系可以通过V=R/I来联系。因此如果还是仿真阻抗曲线的话,测试与仿真不能形成闭环。

在衡量这个阻抗曲线是否能满足要求的时候,使用了这个目标阻抗的标准,但是仔细想想,这个标准还是有很多问题的,比如:这里的电流多大合适?实际的单板功耗是一个动态功耗,是不端的变的。在单板的整个频段范围里,使用统一的目标阻抗值,肯定也是不合理的,应该是各个频段,标准不一样。

虽然有这些问题存在,但这个标准还是很有用的,可以通过这个标准衡量电源平面的好坏。就如目前的时序计算,大家基本上都是通过公式对时序进行计算,就是所 谓的静态时序分析。虽然这个静态时序分析对电源波动,ISI,SSN等问题考虑不周到,也就是说计算结果不准确,但用来衡量接口时序还是很有用的。因此笔 者认为,目标阻抗是一个有用而不准确的标准。

关于电容的资料很多,这里只做简单介绍,下次将介绍在PI仿真里面很重要的平面板电容。

电容不仅仅是电容:在频率很高时,电容不能再被当作一个理想的电容看,而应该充分考虑到它的寄生参数效应,通常电容的寄生参数为ESR,ESL。串联的RLC电路在f处谐振。其曲线如下图。图中f为串联谐振频率(SRF),在f之前为容性,而在f之后,则为感性,相当一个电感,所以在选择滤波电容时,必须使电容器工作在谐振频率之前。

电源完整性仿真

在仿真的时候,由于目前VRM的模型基本上是不准确的,低频的滤波靠DC/DC电源转换芯片来完成,一般300K以下的低频阻抗曲线是不准确地。频率范围的上限一般取信号的截止频率fknee=0.35 /Trrise,其中Trise为信号上升时间。

但是也要明白一点,如果你只是做板级电源完整性仿真,最多考虑到1G就可以了,因为大于1G以后,要靠芯片内部的电容来滤波,在做板级仿真的时候,没有芯 片内部的模型,所以高频部分的仿真也是不准确的。当然了,如果您有芯片内部的信息,也可以用SIWAVE等软件做DIE-PACKAGE-BOARD的协 同仿真,高频部分也就准确了。

因此很多情况下,低频仿真不出电源负反馈、高频仿真不出芯片内电容, 我们不要把仿真的结果当做绝对值,可以把它当作是相对值,通过去耦电容的选择和放置、电源和地平面的分割等方法来优化阻抗。祝愿各位在做仿真的时候能灵活运用。

电源完整性仿真

延伸阅读:

前华为工程师经验分享:电源完整性(PI)仿真

电源完整性理论基础

电源完整性仿真让电路板更完美

高速PCB中电源完整性的设计


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电源完整性仿真? PI仿真? 板级电源? 电源分配系统?

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