两种用ADS仿真PDN阻抗的方法

PDN阻抗是从负载端看过去的电源分配网络的阻抗，PDN阻抗要小于目标阻抗，这些概念对于做电源完整性的人来说再熟悉不过了，网上也有大量的文档介绍，但是很多概念说得很模糊。 目标阻抗通常的表达式如下：

公式中，Imax表示什么？ 为什么需要乘以50%？

1、Imax是什么意思？

首先，需要知道一个概念，一个MOS管的开关损耗是和该MOS管的开关频率成正比的，一个芯片是由成千上万的MOS管组成的，芯片工作在不同的模式或者说业务情况，芯片中的MOS管使能的数量和开关频率是不同的。 在满业务加超频的模式下芯片的功耗是最大的，此时也就最费电。 功率P=电压*电流，芯片的供电电压时恒定的，功耗越大也就是说芯片需要的电流就越大。 满业务加超频时的电流就是这个Imax。

2、为什么需要乘以50%？

如果电源一直以Imax这个电流给负载芯片供电，就不会有电压噪声，但不幸的是，成千上万的MOS管一会这个enable，一会那个powerdown，一直在变化。 也就导致了负载芯片需要的电流一直在变化。 到底变化多大呢？ 不同的芯片，变化量也不一样。 目标阻抗的定义是允许的电压噪声除以这个变化量。 50%只是一个假设，而不是一个有意义的量。 举个例子，一个芯片，最大电流是30A（也许只有1%的时间芯片在这种情况下工作），芯片的电流动态范围为30*50%=15A，也就是说可能芯片电流在大多数情况下从10A到25A这个量级内不断变化。

3、两种用ADS仿真PDN阻抗的方法

①、S参数仿真

建立如上所示电路原理图，其中板级分布电阻和分布电感为3mohm，和0.32nH，滤波电容的容值为100uF，寄生电感1nH，寄生阻抗10mohm；片上电容800nF。 通过S参数仿真可以得到Z参数，Z11就是我们要求的PDN阻抗。 仿真结果如下，从图中可以看出在11MHz时由于片上电容和板级滤波电容的寄生电感产生的反谐振点，这个反谐振点导致PDN阻抗大大增加。

②、AC仿真

建立如下仿真模型，Vout就是PND阻抗，因为负载为一个1A的电流源。

仿真结果如下，曲线和用S参数得到的基本相同，但是谐振点的幅值还是有略微的差别。

4、时域仿真

从上面的PDN阻抗来看，1MHz以内，阻抗很低，也就是表示在1MHz以内即使电流波动范围很大，也不会产生很大的噪声。 但是同样波动范围的电流在10MHz时就会产生很大的电压噪声。 我们通过时域仿真模拟下这个现象。 建立仿真模型如下：

电流动态范围10A-15A，频率1MHz

电压噪声小

电流动态范围10A-15A，频率10MHz

电压噪声大

同时，我们也可以计算出，当动态电流为5A时的目标阻抗=2*5%/5 = 20mohm。 从上面得到的PDN阻抗曲线可以看出，当频率为10MHz时，阻抗已经远远大于20mohm。