PDN阻抗仿真方法解析

PDN 阻抗仿真概述

PDN（Power Delivery Network）阻抗表征电源分配网络在频域内的动态响应特性，定义为从负载端观察到的电源分配系统输入阻抗。其设计目标为在全频段内保持PDN阻抗低于目标阻抗（Target Impedance），目标阻抗的计算公式为：

其中，△Idynamic为负载芯片瞬态电流变化量，通常取Imax的50%作为经验值。电源噪声容限（Ripple%）根据应用场景不同，典型值为3%~5%。

建模及结果分析

我们可以使用SIDesigner仿真软件，进行PDN前仿真分析，有以下两种方法：

S参数仿真方法（频域法）

1. 等效电路建模：

在SIDesigner中构建分布式PDN模型，包含：

板级寄生参数Rpkg=5mΩ ，Lpkg=0.5nH；

去耦电容网络Cbulk=500uF，ESL=2nH，ESR=10mΩ；

片上电容Cdie=500nF。

2. 仿真设置：

采用S参数仿真，扫频范围1kHz–1GHz，提取Z11参数作为PDN阻抗曲线。

3. 关键结果：

11.2MHz频点处，因Cbulk与Cdie的LC谐振产生反谐振峰（Anti-resonance），导致阻抗抬升2个数量级。

AC仿真方法（激励响应法）

1. 激励配置：

在负载端注入1A --AC电流源（相位0°），频率扫描范围与S参数法一致。

2.观测指标：

直接测量电源网络输出电压Vout(f)，计算阻抗：

我们将Istimulus设置为1A，则Zpdn和Vout代数值相同。

3.查看仿真结果并与S参数法的对比：

可以看到，两者阻抗曲线趋势一致，谐振点都处于11.2MHz处。

总结

综上，AC仿真和S参数仿真均属于频域分析方法，在PCB设计阶段均可使用以上两种方法，通过扫频获取PDN网络在不同频点的阻抗特性，仿真得出以下关键结果：

(1) 阻抗-频率曲线：识别反谐振点

(2) 频域稳定性分析：通过相位裕度判定谐振风险

(3) 电容贡献度分解：量化各去耦电容在不同频段的阻抗补偿作用