高速PCB电源完整性仿真：PDN与目标阻抗优化

"高速PCB电路电源完整性仿真分析" 在高速PCB设计中，电源完整性（Power Integrity, PI）是一个至关重要的考虑因素，因为电源电压的波动直接影响到电子系统的性能和稳定性。本文着重讨论了一种基于电源分配网络（Power Distribution Network, PDN）与目标阻抗协同仿真的方法，以解决高速印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）中的电源电压波动问题。 首先，针对1.15 V电源网络，进行了直流分析。在这一阶段，设计者通过扩大覆铜面积来减小电阻，从而降低电压降，从9 mV降低到2.5 mV。同时，通过优化回流路径，减少了热效应，使温度从1.3℃下降到0.1℃，并降低了直流电流密度，从91.3403 A/mm²减至82.3935 A/mm²。这些改进有助于减少功耗，提高能效，并降低发热，确保了电源网络的稳定运行。 其次，进行了交流分析，这是针对高频信号的重要考虑。通过分析谐振分布和PDN的输入阻抗，发现在987.34 MHz存在谐振点，可能导致电压波动。为解决这个问题，设计者在该频率点添加了22 μF的去耦电容，构建去耦网络，有效地消除了风险点，防止了因谐振引起的电压不稳定。 电源完整性仿真分析对于现代高速数字系统设计至关重要，因为它能够预测并解决可能存在的电源波动和目标阻抗不匹配问题。本文以IMX53的8层高速板卡为例，通过目标阻抗法优化PDN，确保电源完整性满足设计要求，从而提高了系统的稳定性和可靠性。 PDN的设计是高速数字系统的关键，其阻抗特性会受到频率的影响。VRM（Voltage Regulator Module）作为PDN的电源端，其不同设计会影响阻抗曲线，可能导致电源平面阻抗不匹配。为了保证系统的连续供电，去耦电容的正确配置至关重要，它应该尽可能接近芯片电源管脚，以降低阻抗，优化电源平面的阻抗特性，减少电压波动。 本文提出的PDN与目标阻抗协同仿真设计方法为高速PCB电路提供了有效的电源完整性解决方案，通过直流和交流分析，优化了电源网络，提升了电源系统的稳定性和可靠性，这对于高集成度、高性能的电子设备设计具有深远的指导意义。