PCB特性影響電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDN)性能

　　電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDN)的基本設(shè)計(jì)規(guī)則告訴我們，最好的性能源自一致的、與頻率無關(guān)的(或平坦)的阻抗曲線。這是電源穩(wěn)定性非常重要的一個(gè)理由，因?yàn)榉€(wěn)定性差的電源會(huì)導(dǎo)致阻抗峰值，進(jìn)而劣化平坦的阻抗曲線，以及受電電路的性能。

　　由于沒有阻抗路徑是完全平坦的，所以我們需要做一些設(shè)計(jì)調(diào)整。本文旨在幫助你做出一些對(duì)系統(tǒng)性能影響最小的折衷。

　　源阻抗應(yīng)該匹配傳輸線阻抗。

　　一般來說，這是S參數(shù)測(cè)量和所有射頻設(shè)備的基本前提。源阻抗(最常見的是50Ω)連接到阻抗與源匹配的同軸電纜，負(fù)載也端接到相同的阻抗。這種做法實(shí)現(xiàn)了完美的平坦阻抗，不管是從源看到負(fù)載還是從負(fù)載看到源都是一致的。

　　穩(wěn)壓器的輸出阻抗可以被認(rèn)為是一個(gè)源，而PCB層可以看作是一根傳輸線。后端去耦電容就是負(fù)載。

　　傳輸線基本原理

　　當(dāng)頻率低于傳輸線諧振頻率時(shí)，傳輸線特征阻抗可以用電感和電容項(xiàng)定義。電容可以在傳輸線遠(yuǎn)端沒有端接時(shí)測(cè)量。電感可以在傳輸線遠(yuǎn)端短路時(shí)測(cè)量。傳輸線的特征阻抗取決于這兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，即：

　　正確匹配的傳輸線呈現(xiàn)完全平坦的阻抗曲線，其幅度等于特征阻抗。不正確端接的傳輸線呈現(xiàn)為電容或電感性質(zhì)，在傳輸線諧振頻率的倍數(shù)處會(huì)產(chǎn)生許多諧振和抗諧振頻率。如果傳輸線是電容性質(zhì)，那么抗諧振首先發(fā)生。如果傳輸線是電感性質(zhì)，那么諧振先發(fā)生。在兩種情況下，首次諧振或抗諧振的頻率為：

(3)

　　圖1用50Ω同軸電纜仿真顯示了這些關(guān)系。未端接終端阻抗是在電纜末端開路、短路和匹配端接的情況下測(cè)量的。

　　圖1：傳輸線近端阻抗開路(藍(lán)色)、短路(紅色)和正確匹配(綠色)，另外一種有趣的關(guān)系。

　　在傳輸線和源不匹配的情況下，有兩種可能的解決方案，具體取決于端接電阻是大于還是小于特征阻抗。如果端接電阻小于傳輸線的特性阻抗，那么抗諧振峰值會(huì)超過端接電阻。這些阻抗峰值被定義為：

　　利用前面端接電阻分別是24.9Ω和210Ω的仿真模型可以顯示這些關(guān)系，圖2中端接電阻是匹配的。

　　圖2：傳輸線未端接終端阻抗24.9Ω(藍(lán)色)、210Ω(紅色)和正確匹配(綠色)。

　　這些關(guān)系在圖3的對(duì)端接24.9Ω和210Ω的50Ω同軸電纜測(cè)量中得到了確認(rèn)。

　　圖3：對(duì)端接210Ω(紅色)和24.9Ω(藍(lán)色)的50Ω同軸電纜的測(cè)量結(jié)果。

　　這些概念被擴(kuò)展到實(shí)際的一塊雙面印刷電路板，在這塊PCB上面積為4.5“x 6.3”的裸銅箔中心焊接有一個(gè)SMA連接器，如圖4所示。

　　圖4：利用一塊面積為4.5“x6.3”、一個(gè)邊有個(gè)SMA連接器的雙面銅箔板測(cè)量PCB的開路(綠色)和短路(橙色)阻抗。該阻抗還用SMA連接器正對(duì)面的2.7Ω(藍(lán)色)和10Ω(紅色)端接電阻進(jìn)行了測(cè)量。電阻用非常短的編帶連接到PCB，以便盡量減小互連電感。