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芯片的纳米工艺,大家可能不熟悉。但说到手机处理器应该不陌生,现有手机芯片一般用的是7纳米工艺,网上说三星在瞄准3纳米,而台积电在布局4纳米。这说明芯片沟道会越来越按比例缩小,集成电路的核心电压会降低。但是功率和频率却在提升,这对于电源完整性未来的挑战会越来越大。
说到电源完整性,先不说电源复杂的互连系统,单电源分配网络(PDN)部分在产品设计中就需要足够关注。

01

电源分配网络包含从源端稳压模块(VRM)到芯片,芯片分配电压,再到电源路径(单层直达或过孔转换的几个层面),最终流向使用芯片或终端设备。


电源路径与信号路径是有区别的,电源分配网络中一个电源路径可以在一个节点分成多个路径,或者说转换成多个电源,终端挂多个元器件,可以理解为一对多。而信号路径只能一对一。


既然电源分配网络是为终端设备提供所需电源,那就是有要求,就需要对电源分配网络管控。路径上电压是有变化的,那么电源分配网络的电流就会有波动,在这种情况下,就需要保持电源分配网络阻抗低于目标阻抗。

目标阻抗的管控说到底就是路径管控。两个因素:电源和地平面之间介质尽量薄,尽量短而宽的走线。

02

下图为消费类产品设计电源部分的实际情况图:

板级电源分配网络设计的频率范围约从 1MHz 到 100 MHz。这正是电路板平面和多层陶瓷贴片电容器( MLCC) 发挥作用的频率范围 。这也是仿真时,重点关注的频率范围。

简单来说,低频率段由稳压模块来平衡,高频率段由芯片片选电容来解决,中间的频段就是板级来管控。

我们说的PDN设计一般就是指在PCB板级上给电源提供低阻抗路径。这里面还有电容摆放位置、电容不同容值
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为使PDN阻抗曲线能在一个较宽的频率范围内不超过目标阻抗曲线,对去耦电容器种类的选择至关重要。因此,提出了基于自谐振频率电容器种类的选择算法,该算法已经用于工程实际

关键字: 电源技术解析 电源噪声 自谐振频率电容器 电源分配网络

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关键字: 平衡pcb 电源分配网络

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