电源完整性03-PDN目标阻抗
本文通过ADS仿真分析了PDN系统在不同电流负载上升时间下的性能表现。当上升时间为175ns(BW=2MHz)时,系统下冲40mV满足5%波动要求(目标阻抗12.5mΩ,实测12mΩ);但当上升时间缩短至7ns(BW=50MHz)时,下冲达0.55V且阻抗升至286mΩ,超出允许范围。频域阻抗曲线分析表明,2MHz频点满足目标阻抗要求,而50MHz频点严重超标。研究证实上升时间缩短会显著增加PDN
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使用ADS仿真一个PDN系统,要求在175ns内抽取4A电流:

仿真结果如下:

可以看到在边沿发生下冲与过冲现象,下冲幅度为40mV
若将电流负载上升下降时间缩短为7ns,仿真结果如下:

根据仿真结果发现当上升下降时间缩短到7ns后,下冲最大电压达到了0.55V,若PDN系统要求波动不能大于5%,及1V的电压波动不能超过50mV,则当上升时间为7ns时电压波动不满足该要求。
分别计算两个系统的带宽:
175ns:BW= 0.35/175ns = 2MHz
7ns:BW= 0.35/7ns = 50MHz
下面从频域角度观察PDN的阻抗曲线:

仿真结果如下:

下面引入目标阻抗的概念:
目标阻抗:在最大负载瞬态电流波动下,满足电源波动要求所能允许的最大阻抗值。
计算公式为
及(电源系统的供电电压x允许的最大波动范围)/抽取的最大电流
在上面的系统中目标阻抗计算值为(1V * 5%) / 4A = 12.5mOhm
故在频域扫描时加入12.5mOhm目标阻抗扫描的曲线,及上图蓝色虚线:

在阻抗曲线图中找到2MHz频点和50MHz频点,发现2MHz频点下的阻抗为12mOhm,50MHz频点下的阻抗为286mOhm,2MHz频点下阻抗满足目标阻抗,在图中也可以看出来蓝色线以下的频点都满足目标阻抗的设计。
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