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[线路设计]电源大事，阻抗二字 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-02-20

作者：一博科技高速先生成员姜杰
PCB设计时，我们通常会控制走线的特征阻抗；电源设计时，又会关注电源分配系统（PDN）的交流阻抗，虽然都是阻抗，一个是信号的通道要求，一个是电源的设计要求，似乎扯不上关系。高速先生一直也是这么认为的，直到有一天再次看到这个公式，灵光乍现：

这不就是均匀无损传输线的特征阻抗计算公式吗？

高速先生对这个公式印象深刻，因为它呈现出的数学美：用分式廓清了物理通道，用开方激活了传输信号，是科学的逻辑的根，是哲学的上帝的魂……

好吧，主要是够简洁，而且，它的奇妙之处还在于，能从不同的角度还能解读出不同的含义……

说到电源完整性设计，主要关注直流压降和交流瞬态电压两个方面。

直流压降（IR Drop），顾名思义，就是电流在电源路径上产生的压降。常见的直流压降要求是围绕正常工作电压在一定范围内浮动的百分比参数：

这也是在直流压降仿真报告里最经常出现的判决指标：

除了电压百分比的形式，有些芯片手册则会对电源直流电阻DCR（Direct Current Resistance）提出要求，因为DCR可以更加直接的反映电源通道本身的特征，关于它的详细介绍，有兴趣的可以参考高速先生之前的文章《不改平面不加层，微调走线抬电平》。

DCR的提出，让电源直流压降与阻抗的关系变得显而易见：

随着频率的增加，让我们把视线从直流转向交流，交流电源噪声关注的是不同频率时，负载瞬态电流在电源回路上产生的压降。

那么，直流压降和交流瞬态电压要求到底有什么联系呢？在DDR5协议里这张图的启发下，高速先生的灵光再次乍现：

看出来了吗？无论是电源的直流压降，还是交流瞬态电压，本质上关注的都是阻抗。直流情况下是直流电阻DCR，交流时关注的是交流阻抗。打通了任督二脉，我们再说说文章开头的阻抗公式：

同样是阻抗，这个公式对于电源完整性设计有什么用呢？

电源回路的阻抗不用通过公式计算（因为可以找高速先生仿真），但是，它对于我们理解PDN阻抗却大有帮助，理解了这个公式，你就不会再纠结为什么PI攻城狮说能铺电源平面的，就不要用走线；为什么老让你加电容，又不允许你的电容扇出走线拉太长；为什么……

一切的一切，只为这两条：增加电源回路的有效电容C，降低电源回路的寄生电感L。最终的目的只有一个，那就是减小阻抗Z。