PDN 阻抗仿真概述

PDN（Power Delivery Network）阻抗表征電源分配網(wǎng)絡(luò)在頻域內(nèi)的動態(tài)響應特性，定義為從負載端觀察到的電源分配系統(tǒng)輸入阻抗。其設(shè)計目標為在全頻段內(nèi)保持PDN阻抗低于目標阻抗（Target Impedance），目標阻抗的計算公式為：

其中，△Idynamic為負載芯片瞬態(tài)電流變化量，通常取Imax的50%作為經(jīng)驗值。電源噪聲容限（Ripple%）根據(jù)應用場景不同，典型值為3%~5%。

建模及結(jié)果分析

我們可以使用SIDesigner仿真軟件，進行PDN前仿真分析，有以下兩種方法：

S參數(shù)仿真方法（頻域法）

1. 等效電路建模：

在SIDesigner中構(gòu)建分布式PDN模型，包含：

板級寄生參數(shù)Rpkg=5mΩ ，Lpkg=0.5nH；

去耦電容網(wǎng)絡(luò)Cbulk=500uF，ESL=2nH，ESR=10mΩ；

片上電容Cdie=500nF。

2. 仿真設(shè)置：

采用S參數(shù)仿真，掃頻范圍1kHz–1GHz，提取Z11參數(shù)作為PDN阻抗曲線。

3. 關(guān)鍵結(jié)果：

11.2MHz頻點處，因Cbulk與Cdie的LC諧振產(chǎn)生反諧振峰（Anti-resonance），導致阻抗抬升2個數(shù)量級。

AC仿真方法（激勵響應法）

1. 激勵配置：

在負載端注入1A --AC電流源（相位0°），頻率掃描范圍與S參數(shù)法一致。

2.觀測指標：

直接測量電源網(wǎng)絡(luò)輸出電壓Vout(f)，計算阻抗：

我們將Istimulus設(shè)置為1A，則Zpdn和Vout代數(shù)值相同。

3.查看仿真結(jié)果并與S參數(shù)法的對比：

可以看到，兩者阻抗曲線趨勢一致，諧振點都處于11.2MHz處。

總結(jié)

綜上，AC仿真和S參數(shù)仿真均屬于頻域分析方法，在PCB設(shè)計階段均可使用以上兩種方法，通過掃頻獲取PDN網(wǎng)絡(luò)在不同頻點的阻抗特性，仿真得出以下關(guān)鍵結(jié)果：

(1) 阻抗-頻率曲線：識別反諧振點

(2) 頻域穩(wěn)定性分析：通過相位裕度判定諧振風險

(3) 電容貢獻度分解：量化各去耦電容在不同頻段的阻抗補償作用