电源分配网络

乱世煮酒论天下

电源分配网络 [复制链接]

本帖最后由乱世煮酒论天下于 2024-7-10 22:19 编辑

对电源分配网络的基本要求是，保持芯片焊盘剪的供电电压稳定，从直流到高达1GHz的范围其电压值都在其容差允许的范围5%内。用于供应电力的电源分配网络也总是用于运送信号间的返回电流，以及提供一个低阻抗的信号返回路径。

电源分配网络由于分配网络上的串联电阻存在，直流分配电源将在其电源分配网络上产生压降，当芯片的电流发生波动，电源分配网络上的压降也会波动，从而引起芯片焊盘上的电压也会波动。

电源分配网络上的压降表明稳压器输出的恒定电压是芯片得不到的，在进入芯片之前已被改变，芯片焊盘上的电压变化必须在给定的电流波动下小于某一电压噪声容差，就是所说的纹波，这就要求电源分配网络阻抗必须低于某一最大允许值，即目标阻抗为： $Z{r}< V{r}/I{r}=Z{Rmax}$ ， $Z{r}$ 表示从芯片焊盘看过去的电源分配网络阻抗曲线， $V{r}$ 表示芯片的电压噪声容差， $I{r}$ 标识电源分配网络消耗的电流， $Z{rmax}$ 表示电压UN分配网络允许的最大阻抗。

1、如何确定目标阻抗，流过芯片的电流频谱可以覆盖从直流到高于时钟频率的几乎任何频率，但是这个频谱很难确定，一般情况下确定的是直流情况下的电流加上10%的电流瞬变，瞬变电流仅仅持续几个微秒，幅值是最大电流的一半 $I{tra}=1/2I{max}$ 。假设给定每个电压轨道的最坏功率情况，那么芯片的峰值消耗电流可计算为： $I{max}=P{max}/V{DD}$ 。所以目标阻抗可估算为 $Z{tra}=VDD*ri/Itri=2*VDD*ri*VDD/Pmax$ ，ri为纹波百分比。

2、稳压模块决定了电源分配网络的低频阻抗，稳压器的输出阻抗可分为三个阶段，直流到1K阶段，稳压器的输出阻抗很低，不受输出电流变化的影响。1K到4K，稳压器的输出阻抗在增加，到达4K时的阻抗与体电容器的阻抗相匹配，此时稳压器的无源电容器网络使阻抗开始下降。在4K以上，稳压器的输出阻抗完全由无源电容器决定，有源稳压器完全不起作用，无论稳压器处于何种状态，输出阻抗都相同。

3、电路板上的电解电容或钽电容的总容量可以通过稳压器不能再维持低阻抗频率处的目标阻抗去估算。所需的最小体电容由下式计算： $Cbulk>1/(Ztra*2pi*1kHz)=160uF/Ztra$