基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法，用于解决现有频域PDN去耦设计中存在的过度设计和时域PDN去耦设计中存在的可操作性差的技术问题，实现步骤为：1.计算板级电源分配网络的时域目标阻抗；2.计算板级电源分配网络的时域去耦时间范围和时域去耦时间点；3.计算稳压器模型在板级电源分配网络的时域去耦时间范围内的时域瞬态阻抗；4.选择待去耦板级电源分配网络时域去耦时间点；5.选择板级电源分配网络去耦电容。本发明专利技术能够简化去耦网路，提高可操作性，可用于高速电路板设计中的电源噪声的抑制。

Decoupling design method of board level power distribution network based on maximum time domain transient noise

The invention provides a maximum transient noise of board level power distribution network decoupling design method based on operation is used to solve the technical problems of the difference over time domain PDN design and decoupling design of existing frequency domain PDN decoupling in design, implementation steps for the 1. target: time domain impedance calculation of board level power distribution network 2.; calculation of board level power distribution network time decoupling time range and time domain decoupling point of time; time domain transient time domain impedance decoupling time range 3. calculation model in the voltage regulator board level power distribution network in 4.; selection of board level power distribution network to be decoupled time domain decoupling point in time; 5. choice of board level power distribution network decoupling capacitor. The invention can simplify the decoupling network and improve the operability, and can be used for the suppression of the power supply noise in the design of the high-speed circuit board.

【技术实现步骤摘要】
基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法
本专利技术属于电子电路
，涉及一种板级电源分配网络去耦设计方法，具体涉及基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦电容的选择方法，可用于高速电路板设计中的电源噪声的抑制。
技术介绍
电源分配网络(PowerDistributionNetwork,PDN)是稳压器的输出电流流入芯片电源引脚的电流路径，高阻抗的PDN设计会引入较大的电压波动，形成电源噪声，电源噪声会影响电路的稳定性，甚至导致电路无法正常工作。合理的电源分配网络去耦设计能够有效的抑制电源噪声，确保电源纹波噪声满足噪声容限，因此，对电源分配网络去耦设计的研究成为一个重要的研究领域。电源分配网络包括芯片级电源分配网络、封装级电源分配网络、板级电源分配网络，鉴于当今高速芯片内部大都集成了芯片级、封装级电源分配网络的去耦设计，因此，硬件工程师只需对板级电源分配网络的去耦设计进行研究。目前对PDN去耦设计的研究主要集中在频域，以频域目标阻抗作为去耦标准，添加去耦电容使PDN频域阻抗小于目标阻抗，该过程的关键在于去耦电容种类及数量的确定，然而，频域PDN去耦设计会导致过度设计问题。例如，初秀琴，李伟哲等在授权公告号为CN102419790B，名称为“基于快速电容器选择算法的电源分配网络设计方法”的专利中，公开了一种通过电容的自谐振频率选择去耦电容的方法，该方法首先找出第一个不满足频域目标阻抗的频率点，选择自谐振频率最接近该频率点的电容作为去耦电容，重复以上操作，直到在整个去耦频率范围内，所有的频率点的频域阻抗均小于目标阻抗为止。通过该方法可以快速配置去耦网络，使电源噪声满足要求，然而，该方法并没有考虑电容的品质因数及去耦频率点的选择对配置去耦电容网络的影响，从而会导致选择的去耦电容数量较多，过度设计严重。为了克服以上不足，刘洋，原玉章等在授权公告号为CN104112048B，名称为“基于最大反谐振点的电源分配网络去耦电容器选择方法”的专利申请中，公开了一种通过最大反谐振点及品质因数选择去耦电容的方法，该方法首先找到频域阻抗幅值超过频域目标阻抗最大的频率点作为第一个去耦点，选择谐振频率最接近该频率点且品质因数最小的电容作为去耦电容。通过该方法进一步减少了去耦电容的个数，减轻了过度设计，然而，频域去耦设计在假设最坏电流发生在关心频段的任何频率点的前提下求得目标阻抗，而实际的电流在不同频率点的分量不同，并不会在每一个频率点处的电流分量都达到最坏电流，因此，以该方法获得的目标阻抗作为参考进行PDN去耦设计必然会导致过度设计问题。为了克服频域设计中存在的不足，MushuiZhan，HongzhouTan等在其发表的“NewPowerDistributionNetworkDesignMethodforDigitalSystemsUsingTime-DomainTransientImpedance”(IEEETransactionsonComponentsPackagingandManufacturingTechnology,2013)论文中提出了基于时域瞬态阻抗的电源分配网络去耦设计方法，这种技术定义了输入为三角脉冲条件下的理想电容，理想电感及理想电阻的时域瞬态阻抗，通过添加去耦电容使PDN时域瞬态阻抗小于目标阻抗，在满足同等电源噪声的条件下，获得了比传统频域目标阻抗法所需去耦电容更少的去耦方案。但是，没有对去耦时间范围进行限定，也未给出去耦电容的选择标准、各类去耦电容数量的计算方法，需要设计者根据经验确定去耦时间范围并选择去耦电容，确定电容数量，实际可操作性不强。综上所述，现有的频域PDN去耦设计方法存在过度设计问题，而现有的时域PDN去耦设计方法存在可操作性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法，用于解决现有频域PDN去耦设计中存在的过度设计和时域PDN去耦设计中存在的可操作性差的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案，包括如下步骤：(1)计算板级电源分配网络的时域目标阻抗Ztime_tar，具体实现步骤为：1a)建立理想电容C、理想电感L和理想电阻R串联的去耦电容模型；1b)给去耦电容模型输入上升沿为Tr、幅度为Iave的板级阶跃电流I(t)，其中，hn(t)为上升沿为2n-1Tr，幅度为Iave的三角脉冲电流，n为三角脉冲电流的序号，t为板级阶跃电流I(t)的作用时间，其范围为[0,2n-1Tr]；1c)计算已输入板级阶跃电流I(t)的去耦电容模型的时域瞬态阻抗Zcap(t)，并利用时域瞬态阻抗Zcap(t)，计算已输入板级阶跃电流I(t)的去耦电容模型的电压噪声Vcap(t)，Vcap(t)＝Zcap(t)×I(t)；1d)对板级阶跃电流I(t)的作用时间范围[0,2n-1Tr]进行分解，得到[0,Tr]...(2n-2Tr,2n-1Tr]个子区间，并将去耦电容模型的电压噪声Vcap(t)在各子区间的最大值Vcap(Tr)...Vcap(2n-1Tr)定义为各子区间对应的去耦电容模型的最大时域瞬态噪声；1e)令各子区间对应的去耦电容模型的最大时域瞬态噪声均小于已给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple,再利用各最大时域瞬态噪声及已给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple，推导板级电源分配网路的时域目标阻抗Ztime_tar,(2)计算板级电源分配网络的时域去耦时间范围和时域去耦时间点，实现步骤为：2a)建立理想电压源Vdd，等效电感Lvrm与等效电阻Rvrm串联的稳压器模型；2b)给稳压器模型输入上升沿为Tr、幅度为Iave的板级阶跃电流I(t)，其中，hn(t)为上升沿为2n-1Tr，幅度为Iave的三角脉冲电流，n为三角脉冲电流的序号，t为板级阶跃电流I(t)的作用时间，其范围为[0,2n-1Tr]；2c)计算已输入板级阶跃电流I(t)的稳压器模型等效电感Lvrm的时域瞬态阻抗ZvrmL(t)，并利用时域瞬态阻抗ZvrmL(t)，计算稳压器模型等效电感Lvrm的电压噪声VvrmL(t)，VvrmL(t)＝ZvrmL(t)×I(t)；2d)对板级阶跃电流I(t)的作用时间范围[0,2n-1Tr]分解，得到[0,Tr]...(2n-2Tr,2n-1Tr]个子区间，将稳压器模型等效电感Lvrm的电压噪声VvrmL(t)在各子区间的最大值VvrmL(Tr)...VvrmL(2n-1Tr)定义为各子区间对应的稳压器模型等效电感Lvrm的最大时域瞬态噪声,并将该最大时域瞬态噪声的时间点定义为时域去耦时间点；2e)令各子区间对应的稳压器模型等效电感Lvrm的最大时域瞬态噪声均小于已给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple，再利用各最大时域瞬态噪声及给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple，推导去耦截止时间Troff，得到板级电源分配网络的时域去耦时间范围为[Tr,Troff]；(3)根据步骤2a)中建立的稳压器模型，计算稳压器模型在板级电源分配网络的时域去耦时间范围[Tr,Troff]内的时域瞬态阻抗Zvrm(t)；(4)选择待去耦级电源分配网络时域去耦时间点：在所有的时域去耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算板级电源分配网络的时域目标阻抗Z

【技术特征摘要】
1.一种基于最大时域瞬态噪声的板级电源分配网络去耦设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算板级电源分配网络的时域目标阻抗Ztime_tar，具体实现步骤为：1a)建立理想电容C、理想电感L和理想电阻R串联的去耦电容模型；1b)给去耦电容模型输入上升沿为Tr、幅度为Iave的板级阶跃电流I(t)，其中，hn(t)为上升沿为2n-1Tr，幅度为Iave的三角脉冲电流，n为三角脉冲电流的序号，t为板级阶跃电流I(t)的作用时间，其范围为[0,2n-1Tr]；1c)计算已输入板级阶跃电流I(t)的去耦电容模型的时域瞬态阻抗Zcap(t)，并利用时域瞬态阻抗Zcap(t)，计算已输入板级阶跃电流I(t)的去耦电容模型的电压噪声Vcap(t)，Vcap(t)＝Zcap(t)×I(t)；1d)对板级阶跃电流I(t)的作用时间范围[0,2n-1Tr]进行分解，得到[0,Tr]...(2n-2Tr,2n-1Tr]个子区间，并将去耦电容模型的电压噪声Vcap(t)在各子区间的最大值Vcap(Tr)...Vcap(2n-1Tr)定义为各子区间对应的去耦电容模型的最大时域瞬态噪声；1e)令各子区间对应的去耦电容模型的最大时域瞬态噪声均小于已给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple,再利用各最大时域瞬态噪声及已给定的板级电源分配网络的噪声容限Vripple，推导板级电源分配网路的时域目标阻抗Ztime_tar,(2)计算板级电源分配网络的时域去耦时间范围和时域去耦时间点，实现步骤为：2a)建立理想电压源Vdd，等效电感Lvrm与等效电阻Rvrm串联的稳压器模型；2b)给稳压器模型输入上升沿为Tr、幅度为Iave的板级阶跃电流I(t)，其中，hn(t)为上升沿为2n-1Tr，幅度为Iave的三角脉冲电流，n为三角脉冲电流的序号，t为板级阶跃电流I(t)的作用时间，其范围为[0,2n-1Tr]；2c)计算已输入板级阶跃电流I(t)的稳压器模型等效电感Lvrm的时域瞬态阻抗ZvrmL(t)，并利用时域瞬态阻抗ZvrmL(t)，计算稳压器模型等效电感Lvrm的电压噪声VvrmL(t)，VvrmL(t)＝ZvrmL(t)×I(t)；2d)对板级阶跃电流I(t)的作用时间范围[0,n2-1Tr]分解，得到[0,Tr]...(2n-2Tr,2n-1Tr]个子区间，将稳压器模型等效电感Lvrm的电压噪声VvrmL(t)在各子区间的最大值VvrmL(Tr)...VvrmL(2n-1Tr)定义为各子区间对应的稳压器模型等效电感Lvrm的最大时域瞬态噪声,并将该最大时域瞬态噪声的时间点定义为时域去耦时间点；2e)令各子区间对应的稳压器模型等效电感Lvrm的最大时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，白钰杰，罗厚兴，夏建强，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61