电源分配网络(PDN)基础知识
内容提要
三星和台积电正致力于开发更小的芯片纳米工艺，以提高手机处理器的性能。电源完整性对于终端设备的电力供应至关重要，需要控制电源分配网络的阻抗。PDN设计需要考虑电容摆放位置、容值和个数等因素。三个软件（Sigrity、SIwave和ADS）可以用于PDN设计和仿真。
延伸解读
PDN设计中的阻抗控制与目标阻抗计算
文章强调，PDN设计的核心是确保阻抗低于目标阻抗。目标阻抗由电压、纹波百分比和最大电流决定。例如，1.2V CPU、5%纹波、1.2A电流时，可计算出目标阻抗。控制目标阻抗的关键在于电源和地平面之间的介质尽可能薄，走线尽可能短而宽。此外，电容的摆放位置、容值和个数也会影响阻抗，仿真时需关注PDN阻抗提取和IR Drop压降。
板级PDN设计的频率范围与分工
板级PDN设计主要关注1MHz到100MHz的频率范围，这是电路板平面和MLCC电容发挥作用的频段。低频段由稳压模块（VRM）平衡，高频段由芯片片选电容解决，中间频段则由板级管控。因此，PDN设计通常指在PCB板级为电源提供低阻抗路径，仿真时需重点关注这一频率范围。
PDN仿真工具对比：Sigrity、SIwave与ADS
文章比较了三种PDN仿真工具。Sigrity和SIwave操作简单，与寄生参数提取类似，但需关注电容模型部分。ADS操作相对麻烦，EM仿真时间可能超过30分钟，且容易因叠层或端口设置出错导致结果异常。作者使用ADS时曾因设置问题得到有问题的S参数，最终放弃。选择工具时需考虑操作复杂度和仿真时间。
Q&A
什么是电源分配网络（PDN）？
电源分配网络（PDN）涵盖了从稳压模块（VRM）到芯片的电源传输，再到电源路径（单层直通路径或经过孔径转换的多层路径），最终输送至芯片或终端设备。
为什么电源分配网络需要控制阻抗？
因为电源分配网络的任务是为终端设备提供所需电力，路径上的电压会发生变化，电流也会波动，所以需要确保电源分配网络的阻抗低于目标阻抗，以稳定电压。
设计目标阻抗时需要考虑哪些关键因素？
两个关键因素是：一是电源和地面之间的介质应尽可能薄，二是走线要尽可能短而宽，从而确保良好的传输特性。
板级电源分配网络设计的频率范围是多少？
板级电源分配网络设计的频率范围约从1MHz到100MHz。
PDN设计在仿真中主要关注哪些方面？
在仿真中，主要关注交流部分：PDN阻抗提取和直流部分：IR Drop压降。
有哪些软件可以用于PDN设计和仿真？
三个软件（Sigrity、SIwave和ADS）可用于PDN设计和仿真，Sigrity和SIwave操作简单，ADS操作相对复杂。
