PCB特性影响电源分配网络(PDN)性能 稳定性, 电源, 网络, 影响, 最好

520503

关键字：电源分配网络   阻抗匹配   特征阻抗   PCB   PDN  
电源分配网络(PDN)的基本设计规则告诉我们，最好的性能源自一致的、与频率无关的(或平坦)的阻抗曲线。这是电源稳定性非常重要的一个理由，因为稳定性差的电源会导致阻抗峰值，进而劣化平坦的阻抗曲线，以及受电电路的性能。
由于没有阻抗路径是完全平坦的，所以我们需要做一些设计调整。本文旨在帮助你做出一些对系统性能影响最小的折衷。

源阻抗应该匹配传输线阻抗。

一般来说，这是S参数测量和所有射频设备的基本前提。源阻抗(最常见的是50Ω)连接到阻抗与源匹配的同轴电缆，负载也端接到相同的阻抗。这种做法实现了完美的平坦阻抗，不管是从源看到负载还是从负载看到源都是一致的。

稳压器的输出阻抗可以被认为是一个源，而PCB层可以看作是一根传输线。后端去耦电容就是负载。

传输线基本原理

当频率低于传输线谐振频率时，传输线特征阻抗可以用电感和电容项定义。电容可以在传输线远端没有端接时测量。电感可以在传输线远端短路时测量。传输线的特征阻抗取决于这两个测量结果，即：

(1)

电感和电容交叉点的频率就是特征阻抗，等于：

(2)

正确匹配的传输线呈现完全平坦的阻抗曲线，其幅度等于特征阻抗。不正确端接的传输线呈现为电容或电感性质，在传输线谐振频率的倍数处会产生许多谐振和抗谐振频率。如果传输线是电容性质，那么抗谐振首先发生。如果传输线是电感性质，那么谐振先发生。在两种情况下，首次谐振或抗谐振的频率为：

(3)

图1用50Ω同轴电缆仿真显示了这些关系。未端接终端阻抗是在电缆末端开路、短路和匹配端接的情况下测量的。



图1：传输线近端阻抗开路(蓝色)、短路(红色)和正确匹配(绿色)，另外一种有趣的关系。


在传输线和源不匹配的情况下，有两种可能的解决方案，具体取决于端接电阻是大于还是小于特征阻抗。如果端接电阻小于传输线的特性阻抗，那么抗谐振峰值会超过端接电阻。这些阻抗峰值被定义为：

(4)

谐振最小值等于端接电阻。

如果端接电阻大于传输线的特征阻抗，那么谐振峰值等于端接电阻。抗谐振最小值被定义为：

(5)

利用前面端接电阻分别是24.9Ω和210Ω的仿真模型可以显示这些关系，图2中端接电阻是匹配的。



图2：传输线未端接终端阻抗24.9Ω(蓝色)、210Ω(红色)和正确匹配(绿色)。


这些关系在图3的对端接24.9Ω和210Ω的50Ω同轴电缆测量中得到了确认。



图3：对端接210Ω(红色)和24.9Ω(蓝色)的50Ω同轴电缆的测量结果。