HyperLynx AC PDN Design und Verifizierung

EIN Stromverteilungsnetz (PDN) auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board) ist ein komplexes Netzwerk von Leiterbahnen, Ebenen und Komponenten, die für die Stromverteilung an verschiedene Komponenten und integrierte Schaltungen auf der Platine verantwortlich sind. Ihr Hauptzweck besteht darin, sicherzustellen, dass jede Komponente die angemessene und stabile Stromversorgung erhält, während gleichzeitig Spannungsschwankungen minimiert und eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit des elektronischen Systems gewährleistet werden. Das PDN umfasst in der Regel Stromversorgungsebenen, Masseflächen, Stromleitungen, Entkopplungskondensatoren und andere Komponenten, die zusammenarbeiten, um den elektrischen Strom auf der Leiterplatte zu verwalten und zu verteilen. Schließlich bietet das PDN nicht nur die Möglichkeit, die ICs auf der Platine mit Strom zu versorgen, sondern auch einen Rückstrompfad.

Unser Ziel bei der Analyse eines Stromverteilungsnetzes ist es, die Impedanz des Netzwerks zu bestimmen, die die Spannungsschwankungen definiert, denen ein IC ausgesetzt sein wird. Ein leistungsstarkes PDN weist durchgehend eine niedrige Impedanz auf. In einem Wechselstromkontext (AC) muss das PDN ausreichend Strom für schnell schaltende ICs liefern und gleichzeitig Spannungswelligkeiten und Spannungsabfälle effektiv bewältigen. Die Schienenspannung muss stabil sein und innerhalb der Spannungsgrenze von DC bis hin zur Bandbreite des Schaltstroms für den IC liegen, die im GHz-Bereich liegen kann. Wenn die Stromlast steigt, kann ein unzureichender PDN zu Problemen wie übermäßiger Spannungswelligkeit, Spannungsabfällen und VRM-Instabilität führen. Diese Welligkeit an den Stromversorgungen kann zu Betriebs- oder Datenintegritätsproblemen führen.

Und Analyse der AC-Entkopplung hilft festzustellen, ob das PDN so konzipiert ist, dass es für eine ausreichende Stromversorgung und die Aufrechterhaltung einer stabilen Spannung für die IT-Dienste des ICs ausgelegt ist. Bei niedrigen Frequenzen (<100 kHz) ist Spannungsregler-Modul (VRM) und Massenkondensatoren sorgen für eine niedrige Impedanz für das PDN. Die Entkopplung der Kondensatoren und der Kapazität zwischen den Ebenen vom Platinenaufbau sorgt für eine niedrige Impedanz von ~100 kHz bis zum Bereich von ~10 — 100 MHz. Nach diesem Bereich werden die Entkopplungskondensatoren hauptsächlich induktiv und sind nicht in der Lage, eine niedrige Impedanz für das PDN bereitzustellen. In diesem Frequenzbereich müssen die On-Package- und On-Die-Entkopplung die Oberhand gewinnen und für eine niedrige Impedanz sorgen, typischerweise im Bereich von ~10 — 100 MHz bis GHz. Es ist wichtig zu beachten, dass die Induktivität des IC-Pakets die höchste effektive Frequenz des PDN-Designs auf Platinenebene begrenzt. Eine größere Gehäuseinduktivität senkt den effektiven Frequenzbereich der PCB-Entkopplungskondensatoren.