Системная оценка наихудших PDN шумов: целевой импеданс и волны-убийцы. Часть 2

07.09.2017 | Статьи Технологии, исследования, инновации ● Истван Новак (Istvan Novak)

Профиль импеданса показывает три пика с почти одинаковыми пиковыми значениями, все слегка выше 100 mOhm.

Значения потерь серии очень низкие, 1–6 mOhm, что дает в результате глубокие углубления между пиками импеданса. Антирезонансные частоты распространились почти на три десятка частот. Хотя этот профиль импеданса на практике встречается очень редко, и скорее всего будет результатом или небрежной разработки, или недостатком системной разработки в принципе, мы не можем исключать, что это может представлять собой реальную схему. Извлекая выгоду из трех отдельных пиков, разделенных глубокими углублениями, Сандлер использует полу эвристический подход, чтобы найти то, что называется волной-убийцей: это определяет три повторяющиеся всплеска, покрывающие пики импеданса один за другим, оставляя настройку синхронизации оптимизатору для нахождения наибольшего шума.

Результат составил 750 mVpp для серии в 2А скачка тока, что эквивалентно 375 mVpp/A. Сравнивая с идеально плоским профилем импеданса, соответствующим самом большому пику в 126 mOhm, оптимизация из доклада Сандлера предсказывает наихудший случай почти в три раза от этого значения. Вопрос: действительно ли это наихудший случай или возможно найти другую последовательность скачков тока, которая произведет еще больших переходный шум? Чтобы получить ответ, мы можем вернуться к методу обратного импульса.

Метод обратного импульса начинается с отклика схемы на скачок. Так как базовое допущение, что PDN линейно и не зависит от времени (LTI), то не важно посмотрим ли мы на ответ для положительного или отрицательного возбуждения скачка тока; они просто зеркальное отражение друг друга. Рис. 3 показывает ответ на скачок для положительно идущего скачка тока. Не утверждая обязательную общность, мы предполагаем, что напряжение постоянного тока на питающей шине равно нулю и, следовательно, большинство переходных ответов будет негативными. Из-за предположения LTI любое напряжение постоянного тока на рельсе может восприниматься как простой сдвиг.

Рис. 2: Величина и фаза импеданса для схемы, показанной на Рис.1. обратите внимание, что обе оси логарифмические; особенно, масштаб частот логарифмический, чтобы четко показать резонансные пики, разделенные тремя порядками величин.

Рис. 3: Смоделированный ответ на скачок от схемы, показанной на Рис. 1. Обратите внимание, что обе оси линейны, как это было бы показано на осциллографе или на установках моделирования по умолчанию. Горизонтальная ось показывает полный временной интервал от 0 до 0.2 μs.

Рис. 4: Смоделированный отклик на скачок на схеме, показанной на Рис.1. Обе оси линейны. Горизонтальная ось показывает первый временной интервал от 0 до 10 мкс.

Рис. 5: Смоделированный отклик на скачок на схеме, показанной на Рис.1. Обе оси линейны. Горизонтальная ось показывает первый временной интервал от 0 до 1 мкс.

Рис. 6: Смоделированный отклик на скачок на схеме, показанной на Рис.1. Вертикальная ось линейна, горизонтальная ось – логарифмическая.

Ток возбуждения – это одиночный скачок тока, начинающийся от нуля и до одного ампера с временем нарастания 1 нс. Обратите внимание, что время нарастания в 1 нс соответствует примерно 300 MHz возбуждения ширины полосы, где профиль импеданса имеет емкостной спад, поэтому реальное время нарастания или время спада возбуждения менее критично.

Ответ на скачок показан до 200 μs, где он достигает значения постоянного тока -3 mV. Это результат серии равный R1 и R3. Главное, что мы видим на этом графике, это затухающий синусоидный сигнал с периодом приблизительно 15 мкс; это соответствует наименьшей частоте пика 67,6 кГц в профиле импеданса. Мы видим более быстрые изменения рядом с левой вертикальной осью, но мы не видим никаких деталей. Чтобы увидеть больше деталей более быстрых переходов, нам нужно изменить временной масштаб.

Рис.4 показывает результат. Данные те же самые, но теперь мы показываем только первые десять микросекунд временного интервала. На правой половине графика отклик на скачок имеет ровный подъем; это начало 67 кГц петли. Левая половина отклика имеет затухающий синусоидный сигнал с периодом приблизительно 1 мкс; это начинается от 1,02 МГц пика импеданса. Мы видим некоторые дальнейшие быстрые переходы рядом с левой вертикальной осью, но на этом горизонтальном масштабе мы все же не можем увидеть детали. Чтобы увидеть эти детали, нам нужно сделать еще корректировку в горизонтальной шкале.

На Рис.5 мы еще больше увеличиваем отображение волны и показываем только первый интервал в одну микросекунду. От 0,1 до 1 мкс мы видим медленную синусоидальную волну отклика; это 1 МГц затухающая синусоида. Рядом с левой вертикальной осью мы теперь видим другую затухающую синусоидальную волну с периодом приблизительно 20 нс; она начинается от пик 51 МГц.

Чтобы увидеть все отметки на этом же графике, мы должны переключится на логарифмическую горизонтальную ось, что показано на Рис.6. Логарифмическая временная ось, так же как и логарифмическая частотная ось на графике импеданса, позволяет нам увидеть очень различные отметки на том же графике. Теперь мы четко видим все три затухающие синусоидальные отклика бок о бок.

Источник: PDF pcbd-dec2015

Системная оценка наихудших PDN шумов: целевой импеданс и волны-убийцы. Часть 2

Связанные новости