大家好,我是广元兄。很高兴和大家分享信号完整性的相关知识。希望大家点赞,分享。有什么问题加微交流学习,微信号【SI_Basic】。
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主流的仿真软件中,大概是在四五年前看到过这本书,也是了解Sigrity看的第一本书。
01
前面部分的基础知识,基础知识如反射,串扰,匹配等,和之前所说大体相同。简单说说两个知识点:
两个转折频率点分别对应1/πd和1/πtr(d是半周期,tr是边沿时间)
从1/πtr转折频率开始,频谱的谐波分量是按1/f^2下降的,也就是-40dB/dec(-40分贝每十倍频,即每增大十倍频率,谐波分量减小100倍)。
0.5/Tr 相对保守与严格,用于EMI工程方向,0.35/Tr 用于信号完整性互连的预估。
这个和先前《信号完整性分析与设计》书里给出的经验相符。但个人还是比较倾向于前文说的示波器对应转折点由来的说法。前文参考:从BW= 0.35/Tr 怎么推导来的说起
02
电源完整性设计原理与仿真相关基础理论,就现在来看也还是实用的。主要考量分析的方向的三个部分:频域(AC阻抗&平面谐振),时域(电源噪声),直流(IR Drop&电热混合)。
CMOS反相器给出电压波动的解释,一个是电源噪声,一个是地弹(多个器件I/O造成SSN)。
电流从VCC上端流入,流经上面第一个封装电感,经过开关A,经终端电阻后流入传输线。t2时刻,电流瞬间经过封装电感时,将在节点V1处出现电压噪声△V。开关B导通时,传输线、地平面、下面封装电感形成一个环路,t3时刻,当电流经过开关B瞬间,会在节点G1处产生地弹噪声△V。
在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作为漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(Si02)绝缘层膜,在这个绝缘层膜上装上一个铝电极,作为栅极G。这就构成了一个N沟道(NPN型)增强型MOS管。显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。
看到耦合电容容值范围部分,想起之前面试,有公司问过:PDN提取频率范围是多少?为什么有的选择在百兆之内?
文中除了给出电容装配形式的回路电感比较。还给出不同容值的谐振频率:电解电容容值470μF,自谐振频率232KHz,容值100nF,自谐振频率约为26MHz。
上图为某设计规范给出所用电源所需电容的推荐容值与个数,容值都是在470μF和100nF涵盖的范围之内。
所以才有芯片上的电容适用吉赫兹级别,封装上的电容适用兆赫兹级别,板级上的电容适用百兆之内,VRM适用于千赫兹,当然VRM还要保证输出电压纹波很小的输出电压,所以才有在VRM附近并联几个大容值电容。
还有个问题,需要再强调一下:
同容值电容并联自谐振频率点不变,阻抗(容性&感性)变小;
不同容值电容并联会出现反谐振点,阻抗总体会变小,这也是PDN出问题的常规手段,加不同容值的电容。
03
书中其他的部分,不管是XcitePI 提取芯片设计参数,还是PowerSI提取封装设计和PCB设计参数,分别提取每个部分模型,再用SystemSI建立一个仿真系统,书中大部分内容都是以实例来进行分析讲解。适合了解协同设计系统的层面信息,适合了解EDA软件构建理论信息。从系统的方向给你指路,这是一条理论到实践之路,一步一步看着是很慢,实际上是最快的。
此时想来,信号完整性的工作也在不断进化与更新。从最初严格遵照设计规范到有理论分析得到简单经验规则设计;从最简单的模块搭建到尝试SI/PI协同仿真;从消费类产品到高速产品,甚至于到各种不同信号产品;从单板的高速电路设计到芯片/封装/电路板多板的协同设计……
想起学生时代挂在墙上的一句话:不积硅步无以至千里。很长一段时间,都不知道这个硅 kuǐ怎么读。
所以,书还是得看,认真看。