大家好，我叫CD，从今天开始将会给大家分享电源完整性的基本原理到仿真验证，再到PDN测试的闭环全过程的知识，计划每周分享一篇文章，预计分享30篇文章。希望通过我的分享，大家能够了解电源完整性的知识，达到入门的一个水平，由于作者水平有限，部分内容可能存在不足，希望大家多多包涵。
此次电源完整性的课程的具体内容如下，感兴趣的小伙伴，请关注博主，谢谢大家 。
话不多说，现在进入正题，第一篇文章讲讲电源分配网络(PDN)，希望大家对它有个初步的认识。
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PDN定义
电源分配网络(PDN)包括从电源调节模块(VRM)到片上电路的所有电源间的相互连接。图1为计算机主板实物图，图中包含电压调节模块、负载器件、电源网络以及信号网络等信息。
实际项目中仿真PDN时，一般会从负载芯片的角度看向VRM端分析电源分配网络的阻抗特性。
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PDN设计的目的
为负载端提供稳定的电源；
降低电源噪声；
减轻电磁干扰(EMI)问题。
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PDN噪声来源
在PDN系统中会存在噪声，这些噪声来源主要包含三个方面，分别为自我攻击噪声、板级/封装互联噪声和PDN串扰耦合噪声。这些噪声主要由板上的电压调节模块、I/O、Core及信号之间作用产生的。由于噪声的存在，它会使接收端的眼图的缩小、位失效和影响定时。
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PDN噪声要求
芯片通常会规定一个预算的限度来约束噪声过大引起的问题。为满足电压噪声和定时预算的要求，PDN上的电压噪声通常为供电电压的±5%，例如1v正弦波供电电压，则允许的噪声峰峰值电压噪声为±50mv。
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实际电压噪声
实际电压噪声由瞬时电流通过阻抗曲线产生，如果电压噪声低于噪声容限则不会影响产品性能；反之，则会引起产品失效。图3左侧为正常工作时的电压噪声曲线，图3右侧为工作失效的电压噪声曲线，造成产品工作失效的根源是什么呢？是否可以找到一种方法避免这个问题呢？方法是有的，就是目标阻抗设计法。为了使得噪声控制在一个合理的限度范围内，我们引入了目标阻抗的设计方法，该方法可以快速有效的帮助我们设计出一个好的产品。
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目标阻抗
由最差工作情况下的瞬时电流和电压噪声指标可确定目标阻抗Ztarget，满足目标阻抗可以认为产品能够正常工作，目标阻抗公式定义为：
Ztarget是任意频率下可允许的阻抗值；
ΔVnoice是满足性能要求时规定的最大电压噪声；
Imax-transient是任何可能的工作条件下最差情况的瞬时电流。
例如，1V电压噪声指标为±5%，最差情况下的瞬时电流为1A,则目标阻抗为：
在实际工作中，最差情况下的瞬时电流可能难以知道，我们一般只知道最大的电流Imax，另一种常用的目标阻抗计算方法是：最差情况下的瞬时电流Imax_transient=0.5*Imax，则目标阻抗为：
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PDN比
工作中，往往会遇到不管怎么优化PCB设计都不能满足目标阻抗，此时需要考虑设计存在多大的风险，因此引入PDN比来估计电路失败的风险，PDN比为：
当PDN比小于1表示PDN失效风险低，比值为2是可接受的风险，当比值达到10时说明风险是不可接受的，必须做出必要的改善措施，使得PDN阻抗满足目标阻抗的需求。
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PDN生态学
作为一个电源完整性工程师，我们应该知道PDN整个生态系统的组成是什么样子的。PDN生态学是指一系列从芯片焊盘到VRM焊盘的相互连接。它们之间相互影响以产生应用在芯片上的阻抗曲线并感应出了PDN噪声。图4为完整的PDN生态学的简化框图。它包含片上电容、封装电容、封装引线电感、电路板通孔、电路板上的电源和地平面、去耦电容器、大容量电容器和VRM。
项目中，在PDN阻抗曲线不满足目标阻抗的情况下，我们通常会分频段优化PDN生态学上的各个部分，来满足目标阻抗。
好了，今天的文章到这里就结束了，希望对你有帮助，我们下期见。
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