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河口【详解直流稳压S13变压器完整性方案】PDN阻抗是随频率变化而变化

文章出处:www.nmbcp.com 人气:120发表时间:1970-01-01

上一篇文章里已经大概介绍了一下,由于CMOS直流稳压河口S13变压器电路的直流稳压河口S13变压器电流会随着时间变化而变化,而直流稳压河口S13变压器分布网络又对不同频率的直流稳压河口S13变压器电流信号表现出不同的阻抗,这些变化的直流稳压河口S13变压器电流和变化的阻抗更终形成了直流稳压河口S13变压器噪声。所以这一节我们就详细分解一下直流稳压河口S13变压器分布网络,看看直流稳压河口S13变压器分布网络都有哪些部分。通常情况下,一个系统级的直流稳压河口S13变压器分布网络主要包含四个部分: 直流稳压河口S13变压器电压调节器(也就是我们通常说的直流稳压河口S13变压器变换直流稳压河口S13变压器电路),PCB,封装以及硅片,如下图所示:

每次当芯片上的直流稳压河口S13变压器电路有翻转动作,就会产生一个瞬变的动态直流稳压河口S13变压器电流需求,而外部的供电系统就通过这个直流稳压河口S13变压器分布网络来给芯片上的直流稳压河口S13变压器电路来提供芯片所需要的直流稳压河口S13变压器电流。事实上直流稳压河口S13变压器分布网络中的各个组件并不是0阻抗的。阻抗就会在有瞬间直流稳压河口S13变压器电流时,形成直流稳压河口S13变压器电压的波动(直流稳压河口S13变压器电压噪声),因此我们可以通过等效的集总RLC直流稳压河口S13变压器电路来反映PDN网络中的各组件的阻抗情况,如下图所示。

直流稳压河口S13变压器电压转换器

对于一阶分析,我们可以使用一个电阻串联一个电感来作为直流稳压河口S13变压器电压http://guangde.nmbcp.com/转换器Voltage Regulator Module (VRM)的模型。如图\ref{ref_VRM_model}所示,等效直流稳压河口S13变压器电路及仿真的频率响应。

从低频到更高50 KHz, VRM为低阻状态,能够满足芯片瞬态的直流稳压河口S13变压器电流需求。但是在更高的频率,VRM的阻抗以感抗为主导,导致直流稳压河口S13变压器不能满足稍高频瞬态的直流稳压河口S13变压器电流需求。通常可以从VRM的厂商处得到VRM的等效串联电阻和等效串联电感。

直流稳压河口S13变压器去耦电容

去耦电容是我们进行PDN设计的一个重要工具,我们有必要了解一下电容。首先,我们来看一个电容的阻抗曲线。对于任何一个实际的电容,都有一些串联寄生电阻和串联寄生电感。如果我们进行适当的简化,忽略并行的直流和交流漏直流稳压河口S13变压器电流,我们可以得到一个串联的C-R-L等效直流稳压河口S13变压器电路,如下图a所示。我们可以通过下面的公式求得阻抗:

如下图b我们绘制出电容阻抗的幅度曲线和相位曲线。

可以看到这个电容的串行谐振频率为356 khz,在串行谐振频率以下,阻抗主要体现为容抗,阻抗幅度随着频率增高而降低。在串行谐振频率上,容抗与感抗相互抵消,相位时0,阻抗幅度为R。在串行谐振频率以上,感抗占主导位置,随着频率增高,阻抗增大。

电容的等效串联电感和生产工艺和封装尺寸有关,同一个厂家的同种封装尺寸的电容,其等效串联电感基本相同。通常小封装的电容等效串联电感更低,宽体封装的电容比窄体封装的电容有更低的等效串联电感。

所以板上的BULK电容通常是一些容量比较大的电容,通常是坦电容或电解电容。这类电容有很低的ESL,但是ESR很高,因此Q值很低,具有很宽的有效频率范围,非常适合板级直流稳压河口S13变压器滤波。

而PCB上的去耦电容通常选择陶瓷电容,陶瓷电容一般具有比较小的封装。作为去耦电容,封装越小,寄生电感越小,当然去耦效果越好。