ARM11核心板电源完好性讨论.docx

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1、ARM11核心板电源完好性讨论（电子器件杂志）2014年第三期1电源完好性仿真参数的分析11直流参数在PCB设计中，由于平面层的分割，不理想的电流途径和各种过孔、信号线的分布，PDN的直流特性将遭到影响，表现为PDN的输入电阻以及电流密度增大，而输入电阻过大将导致电源平面电压的降低，所以对电源平面直流电压分布的仿真有利于改善PDN的输入电阻;而电流密度过大一方面会增加PDN输入电阻上的压降，另一方面会降低元件寿命，所以对电源平面直流电流分布的仿真也有利于改善PDN的直流特性。12沟通参数地层和相邻的电源层构成波导构造，该构造会产生谐振形式，在谐振形式处电源平面电压将发生较大波动，通过在电压波动

2、最大的地方放置适宜的去耦电容，能够消除该谐振形式，所以对电源平面谐振分布的仿真有利于改善PDN的沟通特性。而目的阻抗法是PDN的典型设计方法，当PDN的输入阻抗小于目的阻抗时，电压波动就会小于电源噪声容限，所以对PDN的输入阻抗进行仿真，通过减小PDN的输入阻抗可以以改善PDN的沟通特性。2电源完好性仿真分析21仿真软件介绍AnsoftSIwave采用全波有限元算法，对于信号完好性和电源完好性分析，SIwave能够准确分析从直流到10GHz带宽的电气参数。通过全波电磁算法直接抽取走线和电源网络的变频电气参数，能够容易定位SI、PI和EMI的问题所在。22直流参数仿真分析(1)进行直流电压分布的

3、仿真，调整前电源平面直流电压分布如图4所示，发现12V电源平面电压偏低，需要调整布局布线，即通过减小布线的长度、加粗布线的宽度、增加到电源平面的途径等措施降低12VPDN的输入电阻，调整后电源平面直流电压分布如图5所示，调整前后直流电压分布的仿真结果如表1所示，可见12V电源平面直流电压分布得到改善。(2)进行直流电流分布的仿真，调整前电源平面直流电流分布如图6所示，橙色部分电流密度偏大，需要调整布局布线，即通过敷铜增加和分散VM到电源平面的过孔，使注入电流平均分摊到电源平面上，可以将电流密集区的过孔移至电流稀疏区以增加载流截面积，调整后电源平面直流电流分布如图7所示，调整前后直流电流分布的仿

4、真结果如表2所示。23沟通参数仿真分析(1)进行谐振分布的仿真，发现电源地平面之间存在3986MHz的谐振形式，对应的谐振分布如图8所示，图中上半区域为33V电源平面，处于谐振的波峰位置，假如谐振被激发，将会影响CPU的正常工作，需要设计低阻抗的PDN去耦网络来消除这个谐振形式。(2)进行PDN的输入阻抗仿真，CPU的33V引脚允许的电压波动为03V，CPU最大工作电流约为1A，计算得到33VPDN的目的阻抗为06，CPU最大工作频率为667MHz，所以33VPDN的输入阻抗在667MHz内应小于06，33VPDN的输入阻抗如图10所示。图10中上面曲线为调整前33VPDN的Z参数曲线，在16

5、58MHz开场输入阻抗大于06，极大点397MHz、4673MHz为33VPDN的谐振频率，放置相应谐振频率的电容以降低33VPDN的输入阻抗，选取电容如下:033nF、039nF、082nF、18nF、39nF、1F，图10中下面曲线为调整后33VPDN的Z参数曲线，在9296MHz内输入阻抗都小于06。33VPDN的输入阻抗知足要求，且不存在谐振频率，如表3所示。放置电容后电源平面谐振分布如图9所示，整个电源平面的电压波动已符合要求。3结束语在高速电路设计中SSN对电源完好性影响很大，必须采取有效措施减弱SSN对芯片电源电压和信号线电压带来的影响。对于AM11核心板，通过减小布线的长度、加粗布线的宽度、增加到电源平面的途径等措施，电源平面直流电压分布得到改善;通过敷铜增加和分散VM到电源平面的过孔，以及将电流密集区的过孔移至电流稀疏区以增加载流截面积，电源平面的直流电流分布得到改善;运用目的阻抗法，在电压波动最大的地方放置适宜的去耦电容，削弱了电源地平面之间的谐振，使得整个电源平面的电压波动符合要求。文章的缺乏之处是没有深化研究去耦电容的选取方法，在今后的学习工作中仍需继续探究。