电源完整性基础知识6问

1. 什么是PDN？

电源分配网络（Power Distribution Network, PDN）是指从电压调节模块（VRM）到芯片晶体管之间的完整电能传输路径，包含PCB电源平面、电容、电感、过孔、封装引线等元件。电源分配网络为晶体管提供状态切换所需的电压与电流。

2. 为何PDN会产生噪声？如何产生？

PDN噪声主要由以下机制引起：

寄生参数效应：导线电阻（R）和电感（L）导致直流压降（IR Drop）和瞬态电压波动（ΔI噪声）瞬态电流需求：晶体管开关状态变化时瞬间汲取大电流，通过PDN寄生电感引发电压波动（V=L?di/dtV=L?di/dt）电容充放电：去耦电容的充放电响应延迟可能无法完全抑制高频噪声

3.为何电源噪声也称为感性噪声、SSN噪声？

感性噪声：强调噪声源于PDN中寄生电感（V=L?di/dtV=L?di/dt）的电压突变SSN噪声（同步开关噪声）：当多个晶体管同时切换状态时，瞬态电流叠加导致更严重的感性噪声，常见于总线接口或并行数据处理电路

4. 感性噪声的关键参数有哪些？

寄生电感（L）：回路电感、封装电感、焊盘电感等电流变化率（di/dt）：晶体管开关速度越快，di/dt越大噪声频率范围：由电流频谱和PDN阻抗特性共同决定

5. 什么是目标阻抗？为何需要它？

目标阻抗（Target Impedance）：为保持电源电压波动在允许范围内，PDN在特定频率范围内需达到的最大阻抗值（Ztarget=ΔV/ΔI）必要性：若实际PDN阻抗高于目标阻抗，瞬态电流将引起过大电压波动，导致电路时序错误或可靠性下降

6. 如何仿真并确保PDN满足目标阻抗？

仿真方法：

频域仿真：使用ANSYS SIwave、Cadence PowerSI等工具提取PDN阻抗曲线（Z参数）时域仿真：通过SPICE或ADS验证瞬态电压响应

设计保障：

分层放置去耦电容（ bulk电容、陶瓷电容、高频电容）覆盖全频段优化电源平面结构减少寄生电感使用仿真工具迭代调整电容数量、位置和值

整理自台大吴瑞北教授的课件