(六)使用PowerSI仿真电源的PDN阻抗

记录,科技 2022-06-30 0 条评论 访问: 473 次

PDN阻抗其实我感觉和那个上面用PowerDC仿真的压降异曲同工,甚至不如那个效果好吧。 PDN实际是电源分配网络的简写,电源分配网络(PDN)就是将电源功率从电源输送给负载的实体路径。电流通过PDN从电源端流向负载端,再通过PDN,从负载端流回电源端。包含了电源调整模块(DCDC或LDO),靠近源端的大电容,去耦电容,最后到达主IC。而PDN的作用实际就是为负载提供稳定的电压,快速响应负载电流变化,减小开关噪声。
找了一下网上的图,基本上横坐标是频率,纵坐标是阻抗,其实就是看电源的对地阻抗怎么样,会不会有很大的寄生电感和寄生电容。

导入PCB然后选VCC和GND,网络,然后导入电容的型号比较关键,右键要导入的器件,把自带的库导入进去
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注意路径,在安装的sigrity的目录里面有,有好几个库,似乎哪个都行,当然要是求得更准确的器件就必须去官网找电容的参数然后添加到这个地方了。
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这个库东西太多了,直接卡死了,可以换个库,换下面这个路径的库,
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以此类推把所有的都加上,这里我们大概选个差不多的情况,然后大概仿真一下,
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都加上之后就可以设置频率直接仿真了。一般来说电源其实仿真到200M就行了,阻抗最低的地方应该是滤波效果最好的情况吧,那个地方阻抗最小了,下面的图1E9应该是1Ghz处,选电阻的的值,一般电源小一些,信号是50Ω,
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Port大概看一下,然后看应该是选上了VCC和GND而不是其他的信号。
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这个地方把频率设置一下吧,就选1G吧,多看点,太多了也没啥意义,还会影响仿真速度。
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直接仿真等结果。捎着把demo板卡也仿真一下,哦对了这个库挺好的。
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结果是这样,感觉就是谐振频率高一些吧,把坐标改一下,并且看0-100Mhz的情况
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点下面1这个地方可以改横纵坐标范围,并且可以右键加maker点
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下面这俩图第一个是demo板的好像和下面的图比较相似,然后第二个是我的板卡的图,
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这个是视频里的例子的图,综合来看确实他这个效果好得多。
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如果不满足要求的话,只能换电容什么的,尝试别的电容的组合。或者改一下电平面的布线什么的。我感觉这个阻抗
这个地方我们再来仿真一下别的电源,继续打开自己的KU115的板卡,这个电源比较方便,我真正用的时候只用了一种电容,这样仿真出来也比较准确,而且也可以和手册对比。
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赛灵思给出了ADCDAC电源的阻抗目标,并且给出了电容的最低规格,我这边选择的规格比较差,具备20mΩ的ESR,这样仿真试试,理论来说这个电源轨的要求应该是除了VCCINT最大的,所以仿真这个对比,如果满足这个要求,肯定能满足其他的。
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PCB分为两部分电源,L和R,左和右,我选用的电容数量不一样。因为资源多少不同,下面的资源多一些,所以电容多一些,一会可以看看对比一下这两个的差别,直接仿真
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下面分别是L和R的阻抗图,其实可以看到R的阻抗图要稍微靠下一点,这是因为电容加的比L的多,但是这样的话还是不满足要求
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我们只好降低电容的这个寄生电阻ESR,,再试试R的换成了5,L的换成了4。
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设置频率范围是0.5M-20M然后纵坐标选择0.015欧姆就是15m欧姆,
可以看到L的这个电源在低频处还是不行,没能满足要求。R的同理
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下面这个图是别人仿真的图,可以看到其实他这个在0.1Mhz的话确实满足要求,哎
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在回头看这个手册可以看到他给的这个电容的要求,再加上看上面不同容值的阻抗的图,就只能是加大容量的电容来滤波。我们在这个情况下试试加一个4.7uF的情况,实际我板卡电源输出的时候也有47uF的滤波
Xc=1/2πfc,试试500K的情况下0.1uf的电容Xc是多少,结果是3.18欧姆左右,但是我这是大量的并联,所以要少很多的阻抗,大概并联了三十个电容,这个阻抗就少很多了,不过即便如此还是不够,只能是通过升高电容的方式来降低阻抗了,并联的具体计算有点复杂。
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我们在这个界面换一下封装,因为这些器件的封装都是一样的,如果切换了选择的电容一下子都换了,这样是简单换了三个电容的封装,但是没有新建,下面有新建的办法,咱们先换三个47uF的电容吧,看看结果有没有改善,结果来了,感觉没有任何改善,哎。
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手册上没有针对我这个电源推荐的PDN阻抗要求,那我们就继续以15mΩ作为标准,试着增加下面要求的四个4.7uF的电容和五个2.2uF的电容再试试
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在这个界面准备加两个新的封装名字,4.7uF和2.2uF
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输入合适的名字
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修改四个4.7uF的电容和五个2.2uF的电容再试试
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修改之后再附模型
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选择这俩,注意电容和ESR改一下,
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啊草,效果更差了诶,
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我把他们ESR换一下,都换成5mΩ再试试。啊这,似乎没有明显变化,
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再换成大电容试试呢
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诶好像可以了,但是在10M地方有明显的谐振,或许再改改什么的就行了呢,这里我们就不进行后面的修改了,但是可以肯定的是加大电容可以降低阻抗,但是缺点就是板卡面积受限。并且也会产生别的谐振,默认情况下确实电容并联越多越好,因为这样ESR会减小。
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