電源大事，阻抗二字
發(fā)布時間：2023-02-20 15:08
作者：一博科技高速先生成員 姜杰
PCB設計時，我們通常會控制走線的特征阻抗；電源設計時，又會關注電源分配系統(tǒng)（PDN）的交流阻抗，雖然都是阻抗，一個是信號的通道要求，一個是電源的設計要求，似乎扯不上關系。高速先生一直也是這么認為的，直到有一天再次看到這個公式，靈光乍現(xiàn)：
這不就是均勻無損傳輸線的特征阻抗計算公式嗎？
高速先生對這個公式印象深刻，因為它呈現(xiàn)出的數(shù)學美：用分式廓清了物理通道，用開方激活了傳輸信號，是科學的邏輯的根，是哲學的上帝的魂……
好吧，主要是夠簡潔，而且，它的奇妙之處還在于，能從不同的角度還能解讀出不同的含義……
說到電源完整性設計，主要關注直流壓降和交流瞬態(tài)電壓兩個方面。
直流壓降（IR Drop），顧名思義，就是電流在電源路徑上產(chǎn)生的壓降。常見的直流壓降要求是圍繞正常工作電壓在一定范圍內(nèi)浮動的百分比參數(shù)：
這也是在直流壓降仿真報告里最經(jīng)常出現(xiàn)的判決指標：
除了電壓百分比的形式，有些芯片手冊則會對電源直流電阻DCR（Direct Current Resistance）提出要求，因為DCR可以更加直接的反映電源通道本身的特征，關于它的詳細介紹，有興趣的可以參考高速先生之前的文章《不改平面不加層，微調(diào)走線抬電平》。
DCR的提出，讓電源直流壓降與阻抗的關系變得顯而易見：
隨著頻率的增加，讓我們把視線從直流轉(zhuǎn)向交流，交流電源噪聲關注的是不同頻率時，負載瞬態(tài)電流在電源回路上產(chǎn)生的壓降。
那么，直流壓降和交流瞬態(tài)電壓要求到底有什么聯(lián)系呢？在DDR5協(xié)議里這張圖的啟發(fā)下，高速先生的靈光再次乍現(xiàn)：
看出來了嗎？無論是電源的直流壓降，還是交流瞬態(tài)電壓，本質(zhì)上關注的都是阻抗。直流情況下是直流電阻DCR，交流時關注的是交流阻抗。打通了任督二脈，我們再說說文章開頭的阻抗公式：
同樣是阻抗，這個公式對于電源完整性設計有什么用呢？
電源回路的阻抗不用通過公式計算（因為可以找高速先生仿真），但是，它對于我們理解PDN阻抗卻大有幫助，理解了這個公式，你就不會再糾結為什么PI攻城獅說能鋪電源平面的，就不要用走線；為什么老讓你加電容，又不允許你的電容扇出走線拉太長；為什么……
一切的一切，只為這兩條：增加電源回路的有效電容C，降低電源回路的寄生電感L。最終的目的只有一個，那就是減小阻抗Z。
