PI仿真一直都是業(yè)內(nèi)的一個(gè)難點(diǎn)，也是存在很多爭議的領(lǐng)域。以上的仿真結(jié)果，就存在一個(gè)疑問：由于埋容材料的使用，在一百多兆的位置出現(xiàn)了一個(gè)反諧振點(diǎn)，這是埋容材料和By Pass電容共同作用形成的阻抗峰值。這個(gè)峰值的存在，就是一個(gè)設(shè)計(jì)隱患，如果在這個(gè)頻段附近存在較大的電流變化的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致很大的電源噪聲。

如何處理這個(gè)反諧振點(diǎn)，主要有以下思路：

一、 添加相應(yīng)的板級(jí)By-Pass電容，抑制這個(gè)反諧振峰值。由于頻點(diǎn)在一百多兆，在這頻點(diǎn)起作用的電容值很小，需要的數(shù)量較多。這樣就需要使用大量的小電容，沒有達(dá)成節(jié)約分立電容數(shù)量的目的，并且有過設(shè)計(jì)嫌疑。

二、 添加封裝寄生電感和Die電容的參數(shù)，準(zhǔn)確仿真整個(gè)PDN路徑的阻抗。這個(gè)方法困難的地方在于很多時(shí)候拿不到封裝和Die的參數(shù)。

三、 不理會(huì)100M以上的頻點(diǎn)的峰值。準(zhǔn)確添加了封裝和Die參數(shù)的全路徑PDN阻抗分析， 100M以上頻段的阻抗由于封裝電感和Die電容的影響，一般情況下都會(huì)得到很好的抑制。這也是PI工程師經(jīng)典的處理事情的方式，“鐵路工人，各管一段”，忽略不屬于我能解決的頻段。

四、 新的解決方案，取得芯片的CPM模型，然后通過對(duì)電流的分析得到準(zhǔn)確的目標(biāo)阻抗要求，避免過設(shè)計(jì)

五、 SSN仿真分析，通過分析最終的時(shí)域噪聲，來觀察噪聲分布的頻段，以及噪聲大小的變化趨勢(shì)，來輔助電源PDN設(shè)計(jì)。

時(shí)域紋波驗(yàn)證

這個(gè)案例，我們把頻域PDN阻抗曲線的結(jié)果，最終反映到時(shí)域的噪聲上，圖十二是針對(duì)1.5V時(shí)域SSN仿真的結(jié)果，也能看到使用埋容材料前后的區(qū)別

沒有使用埋容的SNN仿真結(jié)果，從波形可以測得SSN的峰峰值為0.204V

未刪除電容的SNN仿真結(jié)果，從波形可以測得SSN的峰峰值為0.076V

刪除70%電容的SNN仿真結(jié)果，從波形可以測得SSN的峰峰值為0.115V

圖十二 1.5V電源SSN仿真結(jié)果

從SSN仿真來看，使用埋容可以有效抑制噪聲，并且在噪聲裕量允許的范圍內(nèi)，可以大幅刪除板上分立電容，節(jié)約板子的空間。

電源Noise測試驗(yàn)證

針對(duì)0.9V電源，測試結(jié)果如下表：Ripple為電源紋波測試，測試點(diǎn)為電源模塊附近。Noise為電源噪聲測試，測試點(diǎn)在主芯片附近。Min是負(fù)載較輕時(shí)的測試結(jié)果，Max為芯片全速運(yùn)行，負(fù)載最重時(shí)的結(jié)果。

表一 0.9V 電源噪聲和紋波測試結(jié)果

從上表可以看出，去除70%分立電容后，板子上的電源噪聲沒有明顯增加， 因?yàn)槭褂寐袢莶牧显?77M附近形成的反諧振點(diǎn)沒有導(dǎo)致較大的噪聲。實(shí)際電源測試波形如下：

圖十三 0.9V 電源未刪除電容的噪聲測試結(jié)果

圖十四 0.9V 電源刪除70%電容的噪聲測試結(jié)果

針對(duì)1.5V的測試結(jié)果如下：

表二 1.5V 電源噪聲和紋波測試結(jié)果

從上表可以看出，去除70%分立電容后，1.5V在滿負(fù)荷工作時(shí)，噪聲變大，量值和趨勢(shì)與仿真結(jié)果類似。觀察噪聲分布的頻率，能看到實(shí)際噪聲是因?yàn)镻DN阻抗曲線在低頻段整體變大引起的。實(shí)際電源測試波形如下：

圖十五1.5V 電源未刪除電容的噪聲測試結(jié)果

圖十六 1.5V 電源刪除70%電容的噪聲測試結(jié)果

結(jié) 論

Cadence-Sigrity 仿真軟件，提供了從PDN阻抗分析到時(shí)域噪聲SSN分析的全套解決方案，可以完美的支持PI設(shè)計(jì)仿真的需要。

通過Power SI提取PDN的阻抗，然后和Target Impedance進(jìn)行對(duì)比，來衡量埋容的PCB設(shè)計(jì)帶來的影響，同時(shí)進(jìn)行電容優(yōu)化。（這時(shí)候也可以采用Cadence-Sigrity的OPI 工具來協(xié)助電容選擇和優(yōu)化，效率更高）

然后采用Cadence-Sigrity的Speed 2000來進(jìn)行SSN仿真分析，從時(shí)域角度驗(yàn)證埋容的PCB設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)成功。

編輯：hfy