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纯净的硅(高级)

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

4、片上电容,片上电容决定了最高频率时的电源分配网络阻抗,片上电容的三个成因,电源和地轨道金属层之间的电容,所有的场效应管的栅极电容,以及各种寄生电容。

5、封装屏障,在电源/地分配路径的封装引脚回路电感串联在芯片焊盘到电路板之间,该串联电感为阻抗的第一道屏蔽,在小型封装可能只有少数的电源/地平面,而在大的球栅阵列,则可能有数百个电源/地平面对。除了封装引脚电感,还有连接到电路板的过孔回路电感,以及在电源/地平面上运送电流过程中的扩散电感。

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五彩晶圆(高级)

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电源分配网络的基本要求

电源分配网络上的压降问题

目标阻抗的确定
电流频谱与瞬变电流:芯片的电流频谱覆盖广泛,难以准确确定

稳压模块对电源分配网络阻抗的影响

电路板上的电容与片上电容的作用

封装屏障与电感

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