电源DC仿真的意义

“ 如果把电路板比作人体，那么电流则是电路板的血液，电源则是心脏完成向大脑和四肢躯干（芯片）供血的工作。可想而知电路板上由电源（VRM）到用电芯片（Sink）的供电通路，也就是PDN网络的作用有多重要了。”

芯片负载对电源的需求是有一定要求的，通常芯片的datasheet会给出这个要求，一般是小于+/-5%，一些PLL电源、模拟电源可能要求更高会直接要求1%以内或者10mV以内等。如果是做芯片设计，需要充分考虑整个系统级的余量分配。将总的噪声需求分解到chip、package、PCB等各个部分。如果是板级的设计直接使用datasheet中的要求即可，这已经是芯片厂商给板级设计留出的噪声限值了。

除了为将噪声需求分解到chip、package、PCB等系统的各个部分外，一般还会分解成AC和DC两个方面，保证AC噪声和DC稳定才能使整个PDN系统稳定工作。

本文重点讨论电源DC设计的意义，归纳一下大概体现在以下几点：

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PDN的DC和AC性能并不相互独立。如下图所示，总的电源噪声余量被分成了IR Drop和AC noise两个方面。好的设计应该是IR Drop比较小，AC Noise也能满足spec要求。差的设计，DC 的IR Drop很大也会吃掉AC噪声的裕量。但通常情况是没有好的DC设计，往往AC noise也会更加难以控制。

02

在电路设计、PCB设计上是有一些手段能够补偿IR Drop的影响，最常用的方法就是选择带远端反馈的电源芯片。将反馈线接到负载处，这样电源电路可以根据负载处的电压变化调整自身的输出电压，以此补偿电源传输过程中的IR Drop 保证用电负载的电源稳定。

但即使这样能够补偿IR drop的影响。但IR Drop本身并没有改变，消耗在PDN上的功耗也没有改变。这会在电路板上产生额外的功耗，导致额外的温度上升，甚至会导致系统工作异常。

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此外随着电路板高密小型化的趋势，导致电路板上电源网络的有效面积变小，如密集的过孔区域（常见于BGA内部）过孔反焊盘导致的“瑞士奶酪”效应。此时可能导致出现通流瓶颈，局部区域通流过载。通流过载产生的焦耳热也会导致温度的上升，当温升超过一定限值会导致电路板板材的物理特性、电气参数发生变化。当温度达到铜的熔点甚至会产生电路板烧毁的现象。

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PCB上过孔的通流能力也是有限度的。虽然过孔的数量足够，但由于电源、芯片的布局方式、电源网络铺铜方式不同也可能会导致某些过孔的通流过载。

通过上面的分析，应该对DC设计的意义有了一定的了解。后续会介绍一些DC仿真的软件。