电源／地噪声

电源／地噪声在高速电路设计中通常占据30u/o以上的噪声分量。由于电源／地分布系统的复杂性使其成为SI分析中一种最难建模的EM效应。在芯片封装和印制电路板中，电源／地平面和过孔形成了电源分布系绕。大量器件同时开关所需要的瞬时电流会引起电源和地平面上的电压波动，称为SSNo由于电源／地系统提供的非理想回流路径，SSN将减慢信号传输速度。耦合到其他静态信号网络上将引起逻辑错误或者打乱锁存的数据，也可能引起数／模混合电路的共模噪声。 1．电源系统的噪声来源 稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的纹波。这是由稳压芯片自身决定的，一旦选好了稳压电源芯片，对这部分噪声无法控制。 稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源芯片通过感知其输出电压的变化，调整其输出电流，从而把输出电压调整回额定输出值。多数常用的稳压源调整电压的时间在毫秒到微秒量级。因此，对于负载电流变化频率在直流到几百千赫兹之间时，稳压源可以很好地做出调整，保持输出电压的稳定。当负载瞬态电流变化频率超出这一范围时，稳压源 的电压输出会出现跌落，从而产生电源噪声。现在，微处理器的内核及外设的时钟频率已经超过了600 MHz，内部晶体管电平转换时间下降到800 ps以下。这要求电源分配系统必须在直流到1 GHz范围内都能快速响应负载电流的变化，但现有稳压电源芯片不可能满足这一苛刻要求。我们只能用其他方法补偿稳压源这一不足，这涉及电源去耦问题。 负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生压降。PCB板上任何电气路径不可避免地会存在阻抗，不论是完整的电源平面还是电源引线。对于多层板，通常提供一个完整的电源平面和地平面，稳压电源输出首先接人电源平面，供电电流流经电源平面，到达负载电源引脚。地路径和电源路径类似，只不过电流路径变成了地平面。完整平面的阻抗很低，但确实存在。如果不使用平面而使用引线，那么路径上的阻抗会更高。另外，引脚及焊盘本身也会有寄生电感存在，瞬态电流流经此路径必然产生压降，因此负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，这就是阻抗产生的电源噪声。在电源路径表现为负载芯片电源引脚处的电压轨道塌陷，在地路径表现为负载芯片地引脚处的电位和参考地电位不同（注意，这和地弹不同，地弹是指芯片内部参考地电位柏对于板级参考地电位的跳变） 噪声建模 在今天这种日益增长的IC转换速度和I70数量，采用，新技术的封装可以达到200 ps的转换时间，吸取多达20 A的电流o SSN随着这种趋势的发展显著增加。同时，随着封装设计工程师尝试采用降低工作电压来解决散热问题，SSN更容易影响器件性能的可靠性。为了应对这种挑战，封装结构中的电源／地平面的电气属性就需要精确建模了。电源／地平面是分布电路。电 源／地平面之间的SSN的物理行为本质上说是一种EM现象。为了精确仿真SSN，波传输、发射、边缘辐射、过孔耦合和封装谐振都需要精确的考虑。