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芯片的納米工藝，大家可能不熟悉。但說到手機(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)上說三星在瞄準(zhǔn)3納米，而臺積電在布局4納米。這說明芯片溝道會越來越按比例縮小，集成電路的核心電壓會降低。但是功率和頻率卻在提升，這對于電源完整性未來的挑戰(zhàn)會越來越大。

說到電源完整性，先不說電源復(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)或過孔轉(zhuǎn)換的幾個層面），最終流向使用芯片或終端設(shè)備。

電源路徑與信號路徑是有區(qū)別的，電源分配網(wǎng)絡(luò)中一個電源路徑可以在一個節(jié)點(diǎn)分成多個路徑，或者說轉(zhuǎn)換成多個電源，終端掛多個元器件，可以理解為一對多。而信號路徑只能一對一。

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)的電流就會有波動，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)阻抗的管控說到底就是路徑管控。兩個因素：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)計電源部分的實(shí)際情況圖：

板級電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的頻率范圍約從 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，重點(diǎn)關(guān)注的頻率范圍。

簡單來說，低頻率段由穩(wěn)壓模塊來平衡，高頻率段由芯片片選電容來解決，中間的頻段就是板級來管控。

我們說的PDN設(shè)計一般就是指在PCB板級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)交流電流通過電源路徑時，電源分配網(wǎng)絡(luò)上也將產(chǎn)生電壓降，這個壓降會隨著頻率發(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PDN設(shè)計，需要先確定板級電源分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(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：

上圖說明，是否使能電容對PDN阻抗的影響很大。

04

三個軟件的操作上來看，Sigrity&SIwave操作方式比較簡單，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，特別針對實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化。

或許是不常用也或許是其他原因，ADS上操作相對比較麻煩，花費(fèi)的時間也比較長，這個時間是指EM仿真時間（30分鐘以上）。不知道ADS新的版本或者操作上有沒有更新改善。

反正這一通下來，感覺就是：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)就知道有問題。感覺應(yīng)該是在疊層設(shè)置或者端口的設(shè)置那邊出了問題。

疊層的部分，負(fù)片層方向；

端口的部分，Port負(fù)端方向。

三個軟件操作步驟：

PDN提取的的時候，ADS軟件給出頻率掃描范圍的建議，最高500MHz。

仿真出的結(jié)果對比：