HyperLynx AC PDN Design och verifiering

EN Kraftdistributionsnätverk (PDN) på ett kretskort (Printed Circuit Board) är ett komplext nätverk av spår, plan och komponenter som ansvarar för att distribuera ström till olika komponenter och integrerade kretsar på kortet. Dess primära syfte är att säkerställa att varje komponent får lämplig och stabil strömförsörjning, samtidigt som spänningsfluktuationer minimeras och det elektroniska systemet säkerställer optimal prestanda och tillförlitlighet. PDN inkluderar vanligtvis kraftplan, markplan, strömspår, frikopplingskondensatorer och andra komponenter som arbetar tillsammans för att hantera och distribuera elektrisk kraft genom kretskortet. Slutligen tillhandahåller PDN inte bara ett sätt att leverera ström till IC: er på kortet utan också en returströmväg.

Vårt mål när vi analyserar ett kraftdistributionsnät är att bestämma nätverkets impedans som kommer att definiera spänningsvariationerna som en IC kommer att uppleva. En högpresterande PDN kommer att visa en låg impedans hela tiden. I växelströmssammanhang (AC) måste PDN ge tillräcklig ström till snabbväxlande IC samtidigt som spänningsrippel och spänningsfall hanteras effektivt. Rälsspänningen måste vara stabil och inom spänningsgränsen från DC hela vägen upp till bandbredden för kopplingsströmmen för IC som kan ligga inom GHz-området. När strömbelastningen ökar kan en otillräcklig PDN leda till problem som överdriven spänningsrippel, spänningsfall och VRM-instabilitet. Denna krusning på strömförsörjningen kan orsaka driftsproblem eller dataintegritetsproblem.

En Analys av växelströmsfrikoppling hjälper till att avgöra om PDN är utformad för att ge tillräcklig strömförsörjning och upprätthålla en stabil spänning till IC: s it-tjänster. Vid låga frekvenser (<100 kHz), Spänningsregulatormodul (VRM) och bulkkondensatorer arbetar för att ge låg impedans för PDN. Avkopplingskondensatorer och kapacitans mellan plan, från kortstaplingen, ger låg impedans från ~ 100 kHz upp till ~ 10 - 100 MHz-intervallet. Efter detta intervall blir frikopplingskondensatorerna primärt induktiva och kan inte ge låg impedans för PDN. Detta frekvensområde är där kopplingen på förpackningen och on-die måste ta över och ge låg impedans, vanligtvis i intervallet ~ 10 - 100 MHz upp till GHz. Det är viktigt att notera att induktansen hos IC-paketet kommer att begränsa den högsta effektiva frekvensen för PDN-designen på kortnivå. En större paketinduktans sänker det effektiva frekvensområdet för PCB-avkopplingskondensatorerna.