PDN设计的电源完整性原则——简化:高速数字产品的稳健和成本效益设计
- 通过拉里·d·史密斯，Eric Bogatin
- 2017年4月6日由培生出版。
描述
- 版权2017
- 尺寸:7" x 9-1/8"
- 页:816
- 版本:1
- 电子书(水印)
- ISBN-10: 0-13-273559-8
- ISBN-13: 978-0-13-273559-9
始终如一地设计pdn，以适当的成本提供可靠的性能
通常，PDN设计的工作不一致，在某些情况下工作的技术似乎在其他情况下莫名其妙地失败。这本书解释了为什么并提出了在任何新产品中获得PDN设计的现实过程。凭借60多年的信号和电源完整性经验，Larry Smith和Eric Bogatin展示了如何管理噪声和电气性能，并通过分析来补充直觉，以平衡成本，性能，风险和进度。在整个过程中，他们提炼了复杂的现实世界问题的本质，通过近似量化核心原则，并将其应用于具体的例子。为了便于使用，数十个关键概念和观察结果被突出显示为提示，并在章节结尾的快速总结中列出。
覆盖范围包括
•一个实用的，从头到尾的方法，以始终如一地满足PDN性能目标
•了解信号如何与互连相互作用
•找出常见问题的根本原因，这样你就可以避免这些问题
•利用分析工具有效地探索设计空间并优化权衡
•分析串联和并联RLC电路的阻抗相关特性
•测量组件和整个PDN生态的低阻抗
•从物理设计特征预测环路电感
•减少电容器组合的峰值阻抗
•了解PDN互连中的电源和地平面特性
•当信号改变返回平面时，驯服信号完整性问题
•减少由片上电容和封装引线电感产生的峰值阻抗
•控制瞬态电流波形与PDN特性的相互作用
•简单的基于电子表格的分析技术，快速创建第一次通过的设计
对于所有参与PDN设计的工程师，包括产品、电路板和芯片设计人员来说，本指南是必不可少的;系统、硬件、组件和封装工程师;电源设计人员、SI和EMI工程师、销售工程师及其管理人员。
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目录表
前言第十九
确认第二十七
关于作者
第一章配电网工程
1.1什么是PDN (Power Delivery Network) ?1
1.2 PDN的设计
1.3“工作”或“稳健”PDN设计
1.4雕刻PDN阻抗曲线
1.5底线
参考15
第2章PDN设计阻抗的基本原则
2.1为什么我们关心阻抗?17
2.2频域阻抗
2.3计算或模拟阻抗
2.4实际电路元件与理想电路元件
2.5系列RLC电路
2.6并联RLC电路
2.7串并联RLC电路的谐振特性
2.8 RLC电路和实际电容器示例
2.9芯片或单板看到的PDN
2.10瞬态响应
2.11高级主题:阻抗矩阵
2.12底线
引用68年
第3章测量低阻抗
3.1为什么我们关心测量低阻抗?69
3.2基于阻抗70 V/I定义的测量
3.3基于信号反射的阻抗测量
3.4用VNA 76测量阻抗
3.5示例:测量DIP 81中两根引线的阻抗
3.6示例:测量一个小线圈的阻抗86
3.7低频VNA阻抗测量的局限性89
3.8四点开尔文电阻测量技术
3.9双端口低阻抗测量技术
3.10示例:测量直径为1英寸的铜环路的阻抗
3.11夹具制品的核算
3.12示例:测得的Via 109的电感
3.13示例:单板上的小MLCC电容114
3.14高级主题:测量片上电容
3.15底线134
引用136年
第4章电感和PDN设计
4.1 PDN设计中为什么要关注电感?137
4.2简要回顾电容，透视电感138
4.3什么是电感?磁场和电感的基本原理
4.4电感器阻抗147
4.5电感值150的准静态近似
4.6磁场密度，b155
4.7磁场中的电感和能量
4.8麦克斯韦方程组和环路电感
4.9内外电感和趋肤深度
4.10回路和局部、自感和互感
4.11均匀圆形导体
4.12圆线圈线圈电感的近似
4.13宽导线靠近时的环路电感
4.14任意均匀传输线回路电感的近似
4.15回路电感的简单经验法则
4.16高级专题:利用三维场求解器从s参数中提取环路电感[j
4.17底线
引用204年
第五章实用多层陶瓷片电容器集成
5.1为什么要使用电容器?205
5.2实际电容器的等效电路模型
5.3多个相同电容器并联组合
5.4两个不同电容器之间的并联谐振频率
5.5 prf215处的峰值阻抗
5.6设计电容220的电容
5.7电容器温度和电压稳定性
5.8多大的电容才足够?225
5.9真实电容器的ESR:一阶和二阶模型
5.10根据规格表估算电容器的ESR
5.11可控ESR电容器
5.12安装电容的电感240
5.13使用供应商提供的s参数电容器型号
5.14如何分析供应商提供的s参数模型
5.15高级主题:更高带宽电容器型号
5.16底线
引用274年
第六章平面和电容器的性质
6.1平面的关键作用
6.2平面的低频特性:平行板电容
6.3平面的低频特性:条纹场电容
6.4平面的低频特性:功率坑中的条纹场电容[j]
6.5长、窄腔的回路电感
6.6宽腔内的扩频电感
6.7从三维场求解器中提取扩频电感304
6.8集总电路串并联自谐振频率
6.9探索串联LC谐振特性
6.10扩频电感和源触点位置
6.11两个接触点间的扩频电感
6.12电容器与腔体的相互作用
6.13扩频电感的作用:电容位置何时重要?327
6.14使扩频电感332饱和
6.15腔模态共振和传输线特性
6.16传输线输入阻抗与模态谐振
6.17模态共振与衰减
6.18二维空腔模
6.19高级主题:利用传递阻抗探测扩频电感354
6.20底线
引用362年
第七章当信号改变返回平面时驯服信号完整性问题
7.1信号完整性与平面
7.2为什么峰值阻抗很重要
7.3通过低阻抗和高阻尼降低腔噪声367
7.4短通孔抑制腔腔共振372
7.5用多个直流阻塞电容抑制腔腔谐振
7.6估计抑制腔谐振的直流阻塞电容器的数量387
7.7确定携带回流电流需要多少直流阻塞电容器
7.8直流阻塞电容数量不理想的腔阻抗397
7.9扩展电感和电容安装
7.10利用阻尼抑制少数电容产生的并联谐振峰
7.11腔损耗和阻抗降峰
7.12使用多个电容值抑制阻抗峰值411
7.13使用可控ESR电容降低峰值阻抗高度
7.14管理回程飞机最重要的设计原则总结
7.15高级主题:用传输线电路建模平面
7.16底线
引用425年
第八章PDN生态学
8.1组成要素:PDN生态与频域
8.2高频端:片上去耦电容430
8.3包PDN 440
8.4班迪尼山
8.5典型Bandini山频率的估计
8.6班迪尼山的本征阻尼
8.7多通孔对触点电源接平面
8.8从芯片穿过封装看PCB腔465
8.9空腔的作用:小板、大板和“动力坑
8.10低频异常:VRM及其大容量电容476
8.11散装电容器:多少电容才足够?479
8.12优化大容量电容和VRM 483
8.13构建PDN生态圈:VRM、大容量电容、腔体、封装、片上电容488
8.14峰值阻抗的基本限制
8.15单板上使用一值MLCC电容-一般特性
8.16优化单个MLCC电容值
8.17单板上使用三个不同的MLCC电容值
8.18优化三个电容的取值
8.19选择电容值和最小电容数的频域目标阻抗法(FDTIM) 514
8.20使用FDTIM 516选择电容值
8.21片上电容大而封装引线电感小时
8.22一种使用可控ESR电容的解耦策略
8.23封装上去耦(OPD)电容器
8.24高级部分:多芯片共用同一条导轨对单板的影响
8.25底线
引用545年
第9章瞬态电流和PDN电压噪声
9.1瞬态电流为何如此重要?547
9.2平坦阻抗曲线、瞬态电流和目标阻抗550
9.3估算瞬态电流以计算平坦阻抗曲线下的目标阻抗552
9.4通过芯片的实际PDN电流分布图553
9.5电容同时参考Vss和Vdd 558时的时钟边电流
9.6测量示例:嵌入式控制器处理器562
9.7 PDN噪声的真正来源——时钟边电流是如何驱动PDN噪声的
9.8控制PDN阻抗峰值的方程
9.9表征PDN 577最重要的电流波形
9.10 PDN对579动态电流冲击的响应
9.11 PDN对动态电流582阶跃变化的响应
9.12 PDN对585共振处动态电流方波的响应
9.13目标阻抗以及瞬态和交流稳态响应
9.14无功元件、q因子和峰值阻抗对PDN电压噪声的影响
9.15 Rogue Waves 602
9.16异常浪存在时的稳健设计策略
9.17开关电容负载产生的时钟边电流脉冲
9.18由一系列时钟脉冲组成的瞬态电流波形
9.19高级部分:将时钟门控、时钟吞下和功率门控应用于实际CMOS情况
9.20高级部分:电源门控633
9.21底线
引用640年
第10章:PDN设计的实用方法[j]
10.1重申我们在PDN设计中的目标
10.2电源完整性最重要原则总结
10.3介绍电子表格探索设计空间654
10.4第1-12行:PDN输入电压、电流和目标阻抗参数
10.5第13-24行:第0 Dip(时钟边缘)噪声和片上参数
10.6提取安装电感和电阻665
10.7分析电感674的典型电路板和封装几何形状
10.8 PDN共振计算器(PRC)电子表格677的三个回路
10.9优异表现数字
10.10阻尼和q因子的显著性
10.11使用开关电容负载模型模拟PDN 694
10.12三峰PDN的脉冲、阶跃和共振响应:与瞬态仿真的相关性[96]
10.13频率域和时间域的个别q因子
10.14阻抗峰值的上升时间和刺激
10.15三峰PDN的改进:减小Bandini山环路电感和选择性MLCC电容值718
10.16三峰PDN的改进:更好的SMPS型号722
10.17三峰PDN的改进:封装上去耦(OPD)电容器
10.18改进前后PDN的瞬态响应
10.19重新检验暂态电流假设
10.20实际限制:风险、性能和成本的权衡
10.21从测量数据中逆向工程PDN特征
10.22模拟-测量相关性
10.23模拟和测量的PDN阻抗和电压特性总结
10.24底线
引用759年
指数761