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第1章 电源分配网络工程1

1.1 电源分配网络的定义及关心它的原因1

1.2 PDN工程4

1.3 PDN的鲁棒性设计5

1.4 建立PDN阻抗曲线8

1.5 总结9

参考文献9

第2章 PDN阻抗设计基本原理10

2.1 关心阻抗的原因10

2.2 频域中的阻抗10

2.3 阻抗的计算或仿真12

2.4 实际电路元件与理想电路元件15

2.5 串联RLC电路17

2.6 并联RLC电路18

2.7 串联和并联RLC电路的谐振特性19

2.8 RLC电路和真实电容器的例子22

2.9 从芯片或电路板的角度观察PDN24

2.10 瞬态响应27

2.11 高级主题：阻抗矩阵30

2.12 总结35

参考文献35

第3章 低阻抗测量36

3.1 关注低阻抗测量的原因36

3.2 基于V/I阻抗定义的测量36

3.3 基于信号反射的阻抗测量37

3.4 用VNA测量阻抗40

3.5 示例：测量DIP中两条引线的阻抗42

3.6 示例：测量小导线回路的阻抗44

3.7 低频下VNA阻抗测量的局限性47

3.8 四点开尔文电阻测量技术49

3.9 双端口低阻抗测量技术51

3.10 示例：测量直径为1in的铜环阻抗54

3.11 夹具伪像说明57

3.12 示例：测量通孔的电感59

3.13 示例：印制板上的小型MLCC电容器62

3.14 高级主题：测量片上电容66

3.15 总结74

参考文献75

第4章 电感和PDN设计76

4.1 留意PDN设计中电感的原因76

4.2 简单回顾电容，初步了解电感76

4.3 电感的定义、磁场和电感的基本原则78

4.4 电感的阻抗82

4.5 电感的准静态近似84

4.6 磁场密度86

4.7 磁场中的电感和能量88

4.8 麦克斯韦方程和回路电感90

4.9 内部及外部电感和趋肤深度92

4.10 回路电感、部分电感、自电感和互电感95

4.11 均匀圆形导体96

4.12 圆形回路中电感的近似98

4.13 紧密结合的宽导体的回路电感100

4.14 均匀传输线回路电感的近似103

4.15 回路电感的简单经验法则106

4.16 高级主题：利用3D场求解器计算S参数并选取回路电感107

4.17 总结111

参考文献112

第5章 实用多层陶瓷片状电容器的集成113

5.1 使用电容器的原因113

5.2 实际电容器的等效电路模型114

5.3 并联多个相同的电容器115

5.4 两个不同电容器间的并联谐振频率116

5.5 PRF处的峰值阻抗118

5.6 设计一个贴片电容121

5.7 电容器温度与电压稳定性122

5.8 多大的电容是足够的124

5.9 一阶和二阶模型中实际电容器的ESR125

5.10 从规格表中估算电容器的ESR128

5.11 受控ESR电容器130

5.12 电容器的安装电感131

5.13 使用供应商提供S参数的电容器型号137

5.14 如何分析供应商提供的S参数模型139

5.15 高级主题：更高带宽的电容模型141

5.16 总结149

参考文献150

第6章 平面和电容器的特性151

6.1 平面的关键作用151

6.2 平面的低频特性：平行板电容152

6.3 平面的低频特性：边缘场电容153

6.4 平面的低频特性：功率坑中的边缘场电容156

6.5 长窄腔回路电感159

6.6 宽腔中的扩散电感160

6.7 从3D场求解器中获得扩散电感166

6.8 集总电路中串联和并联的自谐振频率168

6.9 探讨串联LC谐振的特性171

6.10 扩散电感和源的接触位置172

6.11 两个接触点之间的扩散电感174

6.12 电容器和腔的相互作用178

6.13 扩散电感的作用：电容位置在何时重要179

6.14 饱和扩散电感182

6.15 空腔模态共振和传输线特性183

6.16 传输线和模态共振的输入阻抗186

6.17 模态共振和衰减187

6.18 空腔二维模型190

6.19 高级主题：使用传输阻抗探测扩散电感193

6.20 总结198

参考文献198

第7章 信号返回平面改变时，信号完整性的探讨199

7.1 信号完整性和平面199

7.2 涉及峰值阻抗问题的原因199

7.3 通过较低阻抗和较高阻尼来降低腔体噪声202

7.4 使用短路通孔遏制腔体谐振204

7.5 使用多个隔直电容抑制腔体谐振211

7.6 为抑制腔体谐振，估计隔直电容器的数量213

7.7 为承受回路电流，需要确定隔直电容器的数量217

7.8 使用未达最佳数量的隔直电容器的腔体阻抗220

7.9 扩散电感和电容器的安装电感222

7.10 使用阻尼来遏制由一些电容器产生的并联谐振峰223

7.11 腔体损耗和阻抗峰的降低225

7.12 使用多个容量的电容器来遏制阻抗峰227

7.13 使用受控ESR电容器来减小峰值阻抗高度228

7.14 处理回路平面最为重要的设计原理的总结230

7.15 高级主题：使用传输线电路对平面建模231

7.16 总结233

参考文献234

第8章 PDN生态学235

8.1 元件集中在一起：PDN生态学和频域235

8.2 高频端：芯片去耦电容237

8.3 封装PDN242

8.4 Bandini山246

8.5 估计典型的Bandini山频率250

8.6 Bandini山的固有阻尼252

8.7 具有多个通孔对接触的电源－地平面254

8.8 从芯片通过封装看PCB腔体257

8.9 空腔的作用：小印制板、大印制板和“电源旋涡”259

8.10 低频端：VRM和它的大容量电容器263

8.11 大容量电容器：多大的电容值足够265

8.12 优化大容量电容器和VRM267

8.13 建立PDN生态学系统：VRM、大容量电容器、腔体、封装和片上电容器270

8.14 峰值阻抗的基本限制272

8.15 在具有一般特性的印制板上使用单数值的MLCC电容器275

8.16 优化单个MLCC电容器的数值278

8.17 在印制板上使用3个不同数值的MLCC电容器281

8.18 优化3个电容器的数值284

8.19 选择电容值和最小电容器数目的频域目标阻抗法285

8.20 使用FDTIM选择电容器的值287

8.21 当片上电容是大的和封装引线电感小的时候289

8.22 使用受控ESR电容器是一种替换的去耦策略293

8.23 封装上的去耦电容器295

8.24 高级主题：同一供电电路上多个芯片的影响299

8.25 总结301

参考文献302

第9章 瞬时电流和PDN电压噪声303

9.1 瞬时电流如此重要的原因303

9.2 平坦阻抗曲线、瞬时电流和目标阻抗304

9.3 使用平坦阻抗曲线，估计计算目标阻抗的瞬时电流305

9.4 通过电路芯片的实际PDN电流曲线306

9.5 电容以Vss和Vdd为参考时的时钟边缘电流310

9.6 测量的例子：嵌入式控制器处理器311

9.7 PDN噪声的真实原因——时钟边缘电流如何驱动PDN噪声313

9.8 支配PDN阻抗峰的方程317

9.9 描述PDN特征的最为重要的电流波形320

9.10 PDN对脉冲动态电流的响应322

9.11 PDN对动态电流阶跃变化的响应324

9.12 PDN在谐振时对方波动态电流的响应326

9.13 目标阻抗及瞬态和AC稳态响应328

9.14 电抗元件、q因子和峰值阻抗对PDN电压噪声的影响332

9.15 恶劣波336

9.16 存在恶劣波时的鲁棒性设计策略341

9.17 来自开关电容器负载的时钟边缘电流脉冲343

9.18 由一系列时钟脉冲组成的瞬时电流波形349

9.19 高级主题：实际CMOS场合应用时钟门控、时钟吞咽和电源选通354

9.20 高级主题：电源选通357

9.21 总结360

参考文献361

第10章 PDN设计的实用方法362

10.1 重申PDN设计中的目标362

10.2 最重要的电源完整性原理总结363

10.3 为探索设计空间引入的电子数据表格368

10.4 第1～12行：PND输入电压、电流和目标阻抗参数371

10.5 第13～24行：零阶浸入（时钟边缘）噪声和片上参数372

10.6 安装电感和电阻参数的抽取374

10.7 典型的电感印制板和封装的几何分析379

10.8 具有3个环路的PDN谐振计算器电子数据表381

10.9 性能指标384

10.10 阻尼和q因子的重要性386

10.11 使用开关电容器模型来激励PDN391

10.12 三峰PDN脉冲、阶跃和谐振响应：瞬态仿真的相关性392

10.13 时域和频域中独特的q因子397

10.14 上升时间和阻抗峰激励402

10.15 三峰PDN的改善：减小Bandini 山的回路电感和MLCC电容器容量选择407

10.16 三峰PDN的改善：较好的SMPS模型410

10.17 三峰PDN的改善：封装上的去耦电容器412

10.18 改进前和改进后的PDN的瞬态响应416

10.19 再次审视瞬时电流的假设421

10.20 实际的限制：风险、性能和价格折中422

10.21 测量中的PDN特征的逆向工程424

10.22 仿真与测量的相关性428

10.23 PDN阻抗测量和电压特征的仿真总结433

10.24 总结434

参考文献435