高速先生成員-- 黃剛

電源作（zuò）為每一個電路係統都必備的部分，所以關於它的仿（fǎng）真自然是少不（bú）了的哈。對於硬件工程師朋友來說，他們認（rèn）為最直觀的描述電源質量好不好的依據就是時域的噪聲或者紋波（bō）大小，例如1V的電（diàn）源輸出，傳到負載的時候噪聲或紋波範圍有沒有在3%以（yǐ）內啊，或者峰（fēng）峰值是不是在±30mV，就像下圖一樣（yàng），用時域的方式來看電源噪聲的確是很直觀哈（hā）。

但是和高速先（xiān）生團（tuán）隊合作過的客戶都知道，我們去進行電源仿真的時候，卻喜歡在頻域上去分析，也就是所謂的PDN目標阻抗的分（fèn）析方法。電壓還是（shì）那個電壓值，電流也（yě）還是那（nà）個電流值，但是用電壓除以電流得到的電阻值卻不是直（zhí）流的電阻，而是帶頻率的阻抗，我們就稱為（wéi）目標阻抗。以下是關於如何（hé）得到目標阻抗值的公式。

我相信很多客戶做完了PDN阻抗仿真，依（yī）然沒有很（hěn）清晰的弄懂高速先生到底（dǐ）仿真的是啥。提的（de）需求是時域的噪聲或者紋波範圍，仿真的卻是頻域（yù）的阻（zǔ）抗值？兩者到底有什麽關係，又是如何聯係在一起的（de）呢？今天Chris就通過（guò）一個最最最簡單的仿真case讓大家都get到哈！

我（wǒ）們在仿真（zhēn）軟（ruǎn）件上去搭建一個灰常灰常（cháng）簡單的鏈路，左邊是一個1V輸出的（de）理想（xiǎng）電（diàn）壓源，中間用0.01nH的電感表示電源（yuán）的鏈路特性，在右邊的（de）負載端我們輸入一（yī）個從0A到4A的一個1GHz的電流正弦波（bō），如下所示：

其中下圖就是這個輸（shū）入電（diàn）流的曲線，能看到它就是一個從0A到4A，也就是變化電流4A，頻率是1GHz的（de）波形。

大家也知道，如果一個變化的電流經（jīng）過一個電感時，就會（huì）產生電壓的波動，所（suǒ）以我們在負載端可以觀察到V1的電壓（yā）曲線如下所示：電壓在1V上下（xià）波動（dòng），我們分別mark下它的最大值1.126V和最小值0.874V，順便口算出波動的峰峰（fēng）值為1.126-0.874=0.252V。抱歉哈（hā），為了保證不算錯，Chris在這裏還是偷偷的使用了計算器，哈哈哈。

那（nà）麽經過上麵（miàn）一輪猛如（rú）虎的操作後，還是沒提到（dào）頻域的PDN阻抗啊，時域的波動結果怎麽和頻域的PDN阻（zǔ）抗關聯起來呢？那我（wǒ）們換成頻域的仿真（zhēn）方法來仿真上麵的鏈路。如下所示：我們（men）去計算（suàn）從（cóng）負載處看回去的頻（pín）域Z阻抗值，其實電源鏈路就隻有（yǒu）這（zhè）個0.01nH的電感，這時候理想的1V輸出的（de）電源在頻域仿真中就是直接接地就好。

這個時候我們通過仿真又可以得到這（zhè）個電感的頻域Z阻抗曲線，如下：

Chris非常（cháng）體貼的給大（dà）家標注出了該電感在1GHz的Z阻抗值，是0.063ohm。那上（shàng）麵我們就（jiù）分別從時域和頻域完成了這個“電源網絡”的仿真。然後呢，它們有啥（shá）子聯（lián）係嗎？

這不就來和大家show出他們的（de）關係了嘛！根據上麵目標阻抗的關係式（shì），PDN阻抗等於電源的波動值/最大的變化電流，這個（gè）case的電壓波動值為0.252V，最大切換電流為4A。通過下麵公式就能算到目標阻抗值為0.063ohm。沒錯（cuò）！就是和上（shàng）麵我們進行頻域仿真的Z阻抗結果0.063ohm是一模一樣的。因為我們的電流是在特定頻率1GHz下的值，因（yīn）此算出來的Z阻抗就是看1GHz的Z阻抗了。

這下大家應該都明白噪聲或者紋波與（yǔ）我們仿真（zhēn）的PDN阻抗的關係了吧。以紋波為例，假設我們要把20MHz寬帶下測量的紋波值控（kòng）製到±3%或者峰峰值±30mV的（de）範圍，那麽轉換到頻域去看的話，那就意味著，隻要我保證了20MHz以（yǐ）內所有頻點的Z阻抗都小於電壓波動值除以最大變化電流（liú）的這個值的話，那麽我就一（yī）定可以在時域保證波動值滿足要求。

最後一點，至於為什麽（me）我們（men）習慣用頻域的（de）PDN阻抗來進（jìn）行電源仿真呢？主要是由於我們可以清晰的進（jìn）行不同諧振（zhèn）頻（pín）點的電容和電源平麵（miàn）的分配，從（cóng）頻（pín）域上（shàng）去分析更直觀（guān）。而且還能根據鏈路的每一個不同的部分來負責（zé）不同的頻段進行劃分（fèn），例如板級主（zhǔ）要負責（zé）幾十MHz以下的（de）頻段，封裝負責（zé）幾十MHz到幾百MHz的頻（pín）段，die電容負責更高的頻段。所以綜上所述，我們大多數項目的（de）處理方式就是根據這個PDN阻抗方法來製定（dìng）的了。這下大家應該（gāi）get到了吧！