電源完整性和地彈噪聲的高速CB仿真_第1頁
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電源完整性與地彈噪聲的高速PCB仿真隨著信號的沿變化速度越來越快,今天的高速數(shù)字電路板設計者所遇到的問題在幾年前看來是不可想象的。對于小于1納秒的信號沿變化,PCB板上電源層與地層間的電壓在電路板的各處都不盡相同,從而影響到IC芯片的供電,導致芯片的邏輯錯誤。為了保證高速器件的正確動作,設計者應該消除這種電壓的波動,保持低阻抗的電源分配路徑。為此,你需要在電路板上增加退耦電容來將高速信號在電源層和地層上產(chǎn)生的噪聲降至最低。你必須知道要用多少個電容,每一個電容的容值應該是多大,并且它們放在電路板上什么位置最為合適。一方面你可能需要很多電容,而另一方面電路板上的空間是有限而寶貴的,這些細節(jié)上的考慮可能決定設計的成敗。時恐反復腦試驗清的設仿計方漿法既笛耗時攀又昂擇貴,伏結(jié)果寶往往毛導致餡過約怎束的炸設計珠從而親增加悶不必腸要的帽制造誓成本輪。使睡用軟孕件工化具來話仿真袍、優(yōu)洲化電綿路板殺設計柿和電耽路板柿資源勤的使候用情愉況,杠對于躲要反乎復測洋試各況種電獵路板毫配置撫方案什的設邁計來墨說是繁一種斃更為躍實際巾的方筆法。虹本文牧以一至個楚xD定SM楚(貍密集私副載肌波多攀路復盒用予)刮電路枯板的劉設計黃為例思說明地此過刪程,逆該漠設計惜用于創(chuàng)光纖六/技寬帶沒無線邀網(wǎng)絡陶。軟能件仿慌真工潔具使鈔用蘆An闊so中ft癥的誦SI務wa躺v律e房,鐮SI弟wa某ve椅基于騾混合促全波飛有限策元技漿術(shù),然可以共直接迅從兩la拴yo怨ut上工具基C箭a彼de知nc氏e聽Al柄le挺gr盆o,萬M碌en啞to覆r拉Gr妙a吼ph背ic斑s賣Bo低ar沖dS獸ta負ti課on奔,得Sy舞no證ps餐ys蹲E求nc梯or胞e胳和愚Z淺uk壩en融C妄R-杯50誘00般B叛oa母rd舟D帖es洋ig驕ne扛r饑導入宅電路省板設畢計。井圖席1絕是垂SI較wa或ve蘇中格該設下計的甘PC瓦B執(zhí)版圖中。由滋于總PC簽B孤的結(jié)虎構(gòu)是涌平面束的,咬SI間wa等ve附可以宣有效位的進授行全醉面的獅分析譯,其仍分析太輸出明包括餡電路奮板的伍諧振婚、阻尊抗、盞選定膠網(wǎng)絡房的儲S尊參數(shù)掛和電糞路的悄等效參Sp分ic卸e術(shù)模衫型光。赤利屯圖懲1,提S割I(lǐng)w尾av仿e詳中芒xD權(quán)SM納電路襪板的牧PC鵝B徹版圖星,左集邊是貪兩個述高速舞總線處,右舉邊是頂三個隊Xi撕li愉nx偉的源FP縫GA閑。稻xD割SM今電路掠板的捷尺寸痰,獲也就宇是電畝源層爪和地撓層的遺尺寸灶是快11殲×沖7.蠢2搬英寸盜(2鋼8偉×加18谷.3膝憑厘米賢)稈。電旱源層壯和地騾層都懲是看1.慢4m講il兆厚的覽銅箔倡,中排間被芝23侍.9新8m脂il寫厚的評襯底哪隔開靈。唐為了回理解政對電粒路板辨的設歇計,展首先持考慮被xD安SM本電路儲板的規(guī)裸板控(伶未安抓裝器骨件狂)爸特婚性共。根徹據(jù)電養(yǎng)路板吩上高鹽速信藍號的蓮上升煎時間埋,你刻需要崗了解竄電路黨板在眠頻域求直到杠2G江H釀z唉范圍芳內(nèi)的晨特性徒。圖或2匹所示電為一缺個正哭弦信工號激泳勵電估路板各諧振籠于判0.也54蜻GH暗z命時的翁電壓害分布橋情況汁。同僑樣,玉電路巾板也投會諧網(wǎng)振于姐0.酸81著GH懇z昨和家0.螺97袍GH聯(lián)z氏以及至更高辟的頻蛾率。蘇為了挺更好堆地理狂解,高你也沾可以眨在這翻些頻廳率的庭諧振賺模式粱下仿窄真電恭源層原與地意層間雖電壓陵的分咽布情精況。毒您圖閣2辟所示喚在械0.甚54壓GH元z進的諧賴振模做式下沒,電除路板仆的中閘心處弱電源疾層和什地層斥的電次壓差盼變化驅(qū)為零益。對歷于一脖些更蜜高頻套率的授諧振還模式辜,情捉?jīng)r也皂是如梁此。灑但并圈非短在所漏有的臥諧振賭模式艙下都侄是如銳此,普例如蜂在瞇1.報07百GH毫z書、喜1.落64閑GH說z劈和懂1織.9范6粥GH縮z順的高龍階諧敘振模曾式下毛,電淹路板居中心急處的掠電壓握差變厘化是挺不為衫零的抵。余雀圖綢2,濁正弦尋信號析激勵帝電路杜板諧能振于修0.論54邁GH欣z洪時的蠢電壓患分布間情況殼。氣弱找到盲零壓窩差變務化點望有助體于我?guī)靷儗⒑枰稍诙虄r間少內(nèi)產(chǎn)摘生大塵量電而流變墾化的也器件釘放置觀于此概。例守如,即如果編要將它一遞塊仍Xi斜nl店ix包的可FP年GA愛芯片博放在壇電路逼板上舉,該貌芯片杠會在乎0.愉2應納秒猜內(nèi)產(chǎn)餃生愧2A修的輸設入電輔流變肢化??苋绱私虝r鋼間內(nèi)學的大定電流福變化陣將帶然來電拒路板坡的電右源完訪整性恐問恢題千,會響使電坊路規(guī)板產(chǎn)花生各秘種模總式的毀諧振龍,導很致電諒源層倘和地博層電肺壓的揚不均幻勻。終然而盤,電麗路板遲中心瘦處在必某些娃諧振憑模式騾下具耀有零猴壓差責變化降的特土性,章因此綢將查FP勿GA孕芯片效放置溜于此疑可以榴避免漂電路控板產(chǎn)培生這皺些低化頻的雄諧振鳴模式溜。天FP貞GA疲芯片苦不能智激發(fā)踩這些岡低頻哥諧振鞏模式托,是鞏由于男從電光路板除的中壩心處捉將無距法耦祝合至柿這些凝諧振懇模式沿。隙抖圖接3板中的題紫色程曲線教顯示癢的是移當位預于電墳路板喚中心驢處的選芯片辨從電育源平據(jù)面吸變?nèi)腚娪嗔鲿r叉引起拿的諧作振。閃事實裙上,望峰值寇出現(xiàn)京在高限階的矩諧振我頻率雖1.惹07圾GH晃z覆、怕1.夠64買GH伯z莊和晚1.智96翠GH藏z達上艇,匯而不喜是低短階的鹿諧振譯頻率閱0.泄54彼GH址z割、席0.寶81舉GH抄z辮和狗0.穿97悟GH容z暢上孟,定這正低如我雁們夸所料藏。門怖圖罪3,傳卷紫色景曲線桂顯示剪的是彈當位恨于電帽路板盈中心疫處的溝芯片俗從電駝源平擇面吸將入電碑流時墻引起據(jù)的諧閉振掉;鋸綠色災曲線田表示齒當將佩芯片命放置園偏移仍中心自位置脆時的利響應秧。斷泰盡管拒器件書的布肺局與曲放置亭的位擴置有完助于基減小閃電源邪完整稱性的貍問題體,但火它們劇并不禽能解混決所均有的慨問題伍。首遭先,以你不跟能將敘所有豬的關(guān)超鍵器晚件放塑在電咽路板纖的中摧心。槍通常冬情況裙下,尼器糧件棄放置瓣的靈些活赴性是竟有限蠢的。躺其次醋,在米任何鞋給定草的位頌置總厲有一爸些諧維振模暫式會暫被激富發(fā)。泊例如拘,圖蝶3課中綠貞色曲雷線表班示當犬你將掘芯片打放置白在沿跑某一晉坐標患軸偏捷移中漸心位馳置時膽,個0.胳54蠢GH幸z乳的諧渡振模旨式將齡被激座發(fā)。角成功鍬的設兆計電肝路板寸的灰PD堵S(院電源敞分配離系統(tǒng)鋼)追的詠關(guān)鍵丙在于鹿在合拉適的轟位置硬增加易退耦御電容失,以溪保證嚼電源眉的完互整性掌和在管足夠親寬的稼頻率臺范圍緊內(nèi)保遷證地閱彈噪勞聲足癥夠小綢。柔蜂退耦茫電容司枯設想討FP豬GA卵在糖0.喬2愉納秒籮的上糧升沿念吸入音2A銅的電鐵流,奸此時末電源端電壓潑會暫換時降厭低段(弊壓降池)畫,而腫地平宜面電腎壓會絮暫時筋被拉動高檔(吧地彈框)賊。其悲變化閃幅度援取決盤于電鴉路板橋的阻認抗和扭芯片柱偏置吩管腳厭處的哨用于恥提供甲電流灘的退滅耦電球容投(掉圖裳4a色)滾。薪杠由于尼電流服的瞬湖變值套為妖2A費,電錯壓的光瞬變鑄值由貨V=揉Z早×賞I穩(wěn)決定剩,餡Z楊是從漲芯片塵端視使出的菜阻抗贊,因諷此,探為了碑避免予電壓醬的尖羊峰波灘動,躍在從硬直流計到信川號帶鍬寬的脫頻率津范圍玉內(nèi),悲Z貢值必價須低臉于某訂一門伸限值絨。座(細圖枕4b載)禮饑圖紗4賓,其俘變化中幅度深取決灑于電叛路板朝的阻親抗和勺芯片猾偏置恭管腳彎處的員用于矮提供亦電流游的退笨耦電賺容鬧;要為了感避免賠電壓鼓的尖卵峰波禍動,賣在從際直流婚到信慎號帶潑寬的序頻率概范圍協(xié)內(nèi),喘Z脖值必英須低怠于某綁一門叉限值果。圖幟中虛間線部釣分即蕉為泰PD畝S難阻抗管應該險滿足凈的目蜜標區(qū)搶域。橋博在該所設計悟中,必為了宴保持穿電源蒙完整詢性,斷電鳳源蝕—聞地的隔電壓筒波動奶必須芝保持罵在標釋準值峽3.敢3V集的壟5%紐以內(nèi)慎。因珍此噪鹽聲路不能匯大于按0.豬05沒×鐮3.蔑3V但=1念65事m州V瞧。可災以據(jù)呼此按賀照歐塵姆定旺律計殲算出乞PD程S葬的最磨大阻斧抗卷16枯5m燦V/筆2A除=8謝2.丟5m假Ω裙,圖用4瞞中虛灘線部誠分即駱為甩PD完S聞阻抗莖應該徐滿足掌的目重標爛區(qū)域漆。當縣對于雜最低奸頻率則,通鴨常是哭1k安Hz課或允者更用低的麻頻場率注—因—唐電源銅滿足溫阻抗旨特性謊的然要求楚,電動源和極地層熱的結(jié)豪構(gòu)通曠常不擇會破璃壞阻茅抗特吳性,犬因為繁它們麗呈現(xiàn)蝦低電飽阻與澤電感載特性芳。而尺當頻須率高省于暗1k蛛Hz垃時,千電流穩(wěn)通路寧的互側(cè)感大巡到足立以使床電壓題超過腳限定耀值,射根據(jù)座:朝羞對于欲更高偶的頻袖率,妄退耦膏電容我作為尼電源甘層與園地層煮之間攤的低享阻抗稠連接惕是必閱要的廣。需堵要滿儀足練PD翻S幕阻抗今要求識的信趨號帶內(nèi)寬可籮由下旋式估嬸計:閃奔在該慧設計踐中,噸其帶子寬為巧1.袋75跨GH勸z迫。怒塘為了顛達到參這么傷寬的帥帶寬母,通顏常需鳴要在挽MH餐z串信號酸區(qū)域杯放置棒很多趁高頻謝瓷片騾電容別,在測kH房z旁信號路區(qū)域宴放置岡體積元較大貌的電愚解電負容。及這些喝電容膜矩陣醋與其雕它器瘡件共塵同占姑用寶誓貴的致電路病板空廊間。耽在反啟復試黑驗的匹設計火方法找中,走物理拐原型熱是不市可缺塌少的攀,而咬虛擬燒原型滅技術(shù)蠢使設育計者雨可以彈在不笛需肆要物襖理原流型的所基礎(chǔ)下上解忌決這厭個問屋題。秘旁為合P玩CB刊板設占計色PD奪S笨,例差如此貨例中里的尚xD伍SM愉板,鄭使用寨SI換wa非ve顯可以取在存IC五芯片社處放青置一緒個端陰口,階計算怪電路統(tǒng)板在嫌適捧當帶性寬內(nèi)坡的輸貫入阻菌抗。異圖垮5痛中紅永色曲蠻線顯造示的供是電段路板紡上無呢電容胞時的菊阻抗榜。阻鏈抗軸唱與頻燒率軸峰都取克對數(shù)豬坐標欠。仿林真顯凱示了窯電路腹板本池身電土容的淡影響生而忽鄉(xiāng)略了職經(jīng)過峰電源楚的低緣感應謎電流弄回路遞。從把圖中暴可以匙看出孔,阻并抗隨鳴著頻寬率的去減少涉而增肺加,她但由價于經(jīng)濤過電僚源的乖回路刃也有宅低阻汪抗,挖因此炒這種代關(guān)系六并不擊是嚴剃格的誼。規(guī)番圖鼓5貴,紅火色曲咐線顯收示的圓是電諸路板扛上無久電容晴時的渴阻承抗浸;僚深藍瘡色曲斧線是芝經(jīng)過干重新救設計考后的天阻抗庫特性絮;受淺藍阿色曲企線是餐又增言加攝10暑nF侮電容別矩陣頸后的賢阻抗辛曲線否;豎綠色子曲線今表示梁再次秋增加悠1n兔F團電容剪矩陣鍛后的牌結(jié)果卷。渠建根據(jù)維Z=表1/扇(j纖·塘C)男,紅泄色曲惕線中匙的直濫線部繭分表革明電玻路板閱本抗身的點電容析為良74狐nF鴿。為鼻了使技阻抗頑在拼1M耳Hz直處低掛于目南標阻濁抗血82北.5適m禽Ω滅,電鍬容值敵至少幟應為哄2儲μ等F抽—驅(qū)—簽幾乎運是電譜路板灑本身掘電容攜的津30倆倍。頁為此藍首先自需要盞增加段22探個魄0.尤1桑μ能F以的電彩容矩巴陣。配圖中永深藍飼色曲燃線是揚經(jīng)過俗重新隆設計膛后的削阻抗網(wǎng)特性嬌。在究大多屈數(shù)的滿頻率復范圍昨內(nèi),賭設計川滿足促了決阻抗礎(chǔ)特性密的要污求。簡但在鑄帶寬婦的高承端,季電容其的騾ES薪L(牧等效秤串聯(lián)減電感棵)眼、襯ES杯R桶(旺等效償串聯(lián)失電阻躲)父以及丹由電使容間梳距帶遼來的靈附加典電感倦使阻兼抗曲姓線沒杰有達雅到阻侄抗特答性要程求。暖報由于備更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