PCB电源供电系统设计指南

协同设计概念

图4实际上还揭示了另一个非常重要的事实，即PCB上放置分立的去耦电容的作用频率范围仅仅能达到几百兆赫兹。频率再高，每个分立去耦电容的寄生电感以及板层和过孔的环路电感(电容至芯片)将会极大地降低去耦效果，仅仅通过PCB上放置分立的去耦电容是无法进一步降低电源供电系统的输入阻抗的。从几百兆赫兹到更高的频率范围，封装结构的电源供电系统的板间电容，以及封装结构上放置的分立去耦电容将会开始起作用。到了GHz频率范围，芯片内电源栅格之间的电容以及芯片内的去耦电容是唯一的去耦解决方案。

图5显示了一个例子，红线是一个PCB上放置一些分立的去耦电容后得到的输入阻抗。第一个谐振峰出现在600MHz到700MHz。在考虑了封装结构后，附加的封装结构的电感将谐振峰移到了大约450MHz处，见蓝线。在包括了芯片电源供电系统后，芯片内的去耦电容将那些高频的谐振峰都去掉了，但同时却引入了一个很弱的30MHz谐振峰，见绿线。这个30MHz的谐振在时域中会体现为高频翻转信号的中频包络上的一个电压波谷。

芯片内的去耦是很有效的，但代价却是要用去芯片内宝贵的空间和消耗更多的漏电流。将芯片内的去耦电容挪到封装结构上也许是一个很好的折衷方案，但要求设计师拥有从芯片、封装结构到PCB的整个系统的知识。但通常，PCB的设计师无法获得芯片和封装结构的设计数据以及相应的仿真软件包。对于集成电路设计师，他们通常不关心下端的封装和电路板的设计。但显然采用协同设计概念对整个系统、芯片-封装-电路板的电源供电系统进行优化分析设计是将来发展的趋势。一些走在电子设计前沿的公司事实上已经这样做了。

参考文献

International Technology Roadmap for Semiconductors, 2005 Edition。

Raymond Y.Chen, IBIS Asia Summit, 2005

http://www.eda.org/pub/ibis/summits/dec05/chen.pdf

[3]Jiayuan Fang, Jin Zhao, The Power of Planes - Low Impedance Power Delivery over Broad Frequencies, Printed Circuit Design & Manufacturing Magazine, Sept.2003.

[4]Om, P.Mandhana, Jin Zhao, "Comparative Study on Effectiveness of On-Chip, On-Package and PCB Decoupling for Core Noise Reduction by Using Broadband Power Delivery Network Models, " 55th Electronic Components & Technology Conference, May 31-June 3, 2005，

[5]Jin Zhao, Michael Leins, "Evaluation and Elimination of PCB Edge Radiation Introduced by Core Switching Noise and I/O Simultaneous Switching Noise, " Technical Presentation at 2005 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 8-12 Aug, 2005, Chicago, Illinois

[6]Please find related information at www.Sigrity.com

[7]John Kane, "On-Chip Power Integrity, Including Package Effects，" SOC Central online articles, March 14, 2005.

作者：赵进

高级工程师

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陈宇哲

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