高速先生成員-- 黃剛（gāng）

電源作為每一個電路係統都必備的部分，所以關於它的（de）仿真自然是少不了（le）的哈。對於硬件工程（chéng）師朋友來說（shuō），他們認（rèn）為最直觀的（de）描述電源質量好不好的依據就是時域的噪聲或者紋波大（dà）小，例如1V的電源輸出，傳到（dào）負載的時候噪聲或紋波範圍有沒有在3%以內啊，或者峰峰值（zhí）是不是在±30mV，就像下圖一樣，用時域的方式來看電源噪聲的確是很直觀哈。

但是和高速先生團隊合作過的客戶都知道，我們去進行電源仿真的時候，卻喜歡在頻域上去分析，也就是所謂的PDN目標阻抗的分析方（fāng）法。電壓還是那個電壓值，電流也還是那個電（diàn）流值，但是用電壓除以電（diàn）流得（dé）到的電阻值卻不是直流的電（diàn）阻，而是帶頻率的阻抗，我們就稱為目標阻抗。以下是關於（yú）如何得到目標（biāo）阻抗值的公式。

我相信很多（duō）客戶做完（wán）了（le）PDN阻抗（kàng）仿真，依然（rán）沒有很清晰的弄懂高速先生到底（dǐ）仿（fǎng）真（zhēn）的是啥。提（tí）的需求是時域的噪聲或（huò）者紋波範圍，仿真的卻是頻域的阻抗值？兩者到底有什麽關係，又（yòu）是如（rú）何聯係在一起的呢？今（jīn）天Chris就通過一個最最最簡（jiǎn）單的仿真case讓大家都get到哈！

我們在仿真軟件上去搭建（jiàn）一（yī）個灰常灰（huī）常簡單的鏈路，左邊是一個1V輸出的理（lǐ）想電壓源，中間用0.01nH的（de）電感（gǎn）表示（shì）電源的鏈路（lù）特性，在右邊的負載端我們輸入一個（gè）從0A到4A的一個（gè）1GHz的電流正弦波，如下（xià）所示（shì）：

其（qí）中下圖（tú）就是這個輸入電流的曲線（xiàn），能看到（dào）它就是一個從0A到4A，也就是變化電流（liú）4A，頻率是1GHz的（de）波形。

大家也知道，如果一個變化的電流經過一個電感時，就會產生電壓的波（bō）動，所以我們在負載端可以觀察到V1的電壓曲線如下所示：電壓在1V上下波動，我們分別mark下（xià）它的最（zuì）大值1.126V和最小值0.874V，順便口算出波動的峰峰值為1.126-0.874=0.252V。抱歉哈，為（wéi）了保證不算（suàn）錯，Chris在（zài）這裏還是偷偷的使用了計算器，哈哈哈。

那（nà）麽經（jīng）過上麵一輪猛如虎的（de）操作後，還是沒提到頻域的PDN阻抗啊，時域的波動結果怎麽和（hé）頻域的PDN阻抗關聯（lián）起來呢？那我們換成頻域的仿真方法（fǎ）來仿真上麵的鏈路。如下所示：我們去計算從負載處看回去的頻域Z阻抗（kàng）值，其實電源鏈路就隻有（yǒu）這個0.01nH的（de）電感，這時（shí）候理想的1V輸出（chū）的電源在頻域仿真中就是直接接地就好。

這個時候（hòu）我們通過仿真又可以得到這個電感的頻域Z阻抗曲線，如下：

Chris非常體貼的（de）給大家標注出了該電感在1GHz的（de）Z阻抗值，是0.063ohm。那上麵我們就分別從時域和頻域完成了這個“電源網絡（luò）”的仿真。然後呢，它們有啥子聯係嗎？

這不就來和大家show出他們的關係了嘛！根據上麵目標阻（zǔ）抗的關係式，PDN阻抗等於電源的波動值/最大的變化電流，這個case的電壓波動值為0.252V，最大切換電流為4A。通過下麵公式就能算到目標阻抗值為0.063ohm。沒錯！就是和上麵我們進行（háng）頻域仿真（zhēn）的（de）Z阻抗結果0.063ohm是一模一樣的。因（yīn）為我們的電（diàn）流是在特定（dìng）頻（pín）率1GHz下的值，因此算出來的Z阻抗就是（shì）看1GHz的Z阻（zǔ）抗了。

這下（xià）大家（jiā）應該都明白噪聲或者紋波與我們仿真的PDN阻抗的關係了吧。以紋波為（wéi）例，假設我們要把20MHz寬帶下測量的紋波值（zhí）控製到±3%或者峰峰值±30mV的範圍，那麽轉換到頻域去看的話，那就意味著（zhe），隻要我保證了20MHz以內所有（yǒu）頻點的Z阻抗都小於電壓波動值除以最大變化（huà）電流的這個值的話，那麽我就一定（dìng）可以在時域保證波（bō）動值滿足要求（qiú）。

最後一點，至於為什麽我們習慣用頻域的PDN阻抗來進行電源仿真呢？主要是由於我們可以清晰的進行不（bú）同（tóng）諧振頻點的（de）電（diàn）容和電（diàn）源平麵的分配，從頻（pín）域上去分析更（gèng）直觀。而且還能根（gēn）據鏈路的每一個不同的（de）部分來負責不同的頻段進行劃分，例如（rú）板（bǎn）級主要負責幾十MHz以下的頻段（duàn），封裝負責（zé）幾十MHz到幾百MHz的頻段，die電容負責更高的頻段。所以綜（zōng）上所述，我們大多數（shù）項目的處理（lǐ）方式就是根據這（zhè）個PDN阻抗方（fāng）法來製定的了。這下大家應（yīng）該get到了吧！