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详解1z电竞完整性(五)-PDN的模型

文章来源:稳压电源企业,时间:2017-09-12 09:47    点击量:

    前面几篇文章大概先容了一下1z电竞分布网络,这一节我想通过对1z电竞PDN网络模型的分析来让大家了解一下1z电竞PDN网络的一些特点.

详解1z电竞完整性(五)-PDN的模型
    最简化模型分析最初的芯片功能相对来说比较简单,运行的频率也比较低,所以也很少出现1z电竞完整性问题.当时的工程师也很少考虑1z电竞完整性相关的1z电竞设计.大家可以使用下图所示的1z电竞PDN网络模型来分析早期比较简单的芯片.

    1z电竞PDN网络模型可以看到早期的芯片,并没有在封装上1z电竞设计去耦电容.在这个模型中,die包含寄生电阻R_{die}和寄生电容C_{die},封装包含了寄生电感L_{pkg}.同时1z电竞PCB上也没有1z电竞设计去耦电容以及1z电竞平面.这是一个典型的平行谐振1z电竞电路,并行谐振1z电竞电路存在并行谐振点.下图显示了从上图的测试点看到的1z电竞阻抗曲线.

    1z电竞阻抗曲线通过如下公式大家可以计算谐振频率.

    上图同时显示了谐振频率与电感的关系.图中曲线A是在R_{1z电竞PCB}和L_{1z电竞PCB}都为0时的1z电竞阻抗曲线,此时的并行谐振频率为F1.这个例子展示的是完全理想的1z电竞PCB,没有任何的寄生参数.

    图中曲线B是表征了在比较低的1z电竞PCB寄生参数情况下的1z电竞阻抗曲线,此时的并行谐振频率为F2.此时1z电竞PCB有比较低的寄生电感和寄生电阻.从图中可以看出,1z电竞阻抗的峰值向左(低频)移动,同时峰值的幅度也有所增大.增加的1z电竞PCB寄生电阻使得整个1z电竞阻抗曲线都向上移动.

    图中曲线C表征的是高1z电竞PCB寄生参数时的1z电竞阻抗曲线,此时1z电竞PCB有比较高的寄生电感和寄生电阻.此时的1z电竞阻抗峰值向更加低频方向移动,而且峰值幅度进一步提高.整个曲线的1z电竞阻抗也得到了提高.

    添加1z电竞PCB上电容模型分析随着芯片功能越来越复杂,需要消耗越来越多的1z电竞电流,同时芯片的运行频率也不断的提高,在一些1z电竞系统中,工程师开始在1z电竞PCB上添加去耦电容.当1z电竞PDN网络中添加1z电竞PCB上去耦电容以后,1z电竞PDN网络的模型变为如下图所示.

    下图显示了从上图测试点看到的1z电竞阻抗曲线.靠右边的第二个1z电竞阻抗峰值是由die上的电容和从die到1z电竞PCB的串联寄生电感相互作用产生的.第一个1z电竞阻抗封装是由1z电竞PCB上的去耦电容和1z电竞PCB传播电感之间作用形成的.

    上图显示了如下三种情况下的仿真结果:

    理想1z电竞PCB情况下的1z电竞阻抗曲线低寄生参数下的1z电竞阻抗曲线高寄生参数下的1z电竞阻抗曲线这种情况就是大家现在大量采用的wire bond封装芯片的1z电竞分布网络简化拓扑图.通过上面的分析大家可以得到以下几点结论:

    1.由片上电容与die到1z电竞PCB这段电感组成了第一个LOOP,这个loop的有一个特征谐振频率.而这个谐振频率主要受到片上电容以及die到1z电竞PCB的寄生电感的影响.1z电竞PCB上的去耦电容数量,大小等对这个谐振频率影响很小.但是1z电竞PCB上的去耦电容的位置会影响到该谐振频率,大家需要尽量将去耦电容放置到靠近芯片的1z电竞管脚的位置,这样可以减小die与1z电竞PCB上去耦电容之间的寄生电感.

    2. 1z电竞PCB板上电容与1z电竞PCB上寄生电感形成第二个LOOP,这个LOOP的谐振频率受到芯片1z电竞管脚附近的去耦电容容值,以及去耦电容与VRM之间传输通道的寄生电感影响.

    2.谐振频率点的左侧主要表现为容性特性,右侧主要变现为感性特性.也就是说如果增加去耦电容,谐振频率会变高.如果寄生电感变大,则谐振频率会变低.

    添加封装上电容模型分析随着芯片瞬态1z电竞电流的不断增大,大家需要进一步降低1z电竞PDN网络的1z电竞阻抗.但是根据前面的分析,die与1z电竞PCB之间的电感无法做到足够低响很小,这时很多企业在封装上添加去耦电容,将第一个比较大的LOOP分割成2个较小的LOOP.这样使得第一个LOOP减小,LOOP1的寄生电感大幅减小,这样会使得第一个谐振频率向高频移动,同时会降低谐振频率附近的1z电竞阻抗.

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