電源大事，阻抗二字

作者：一博科技高速先生成員  姜杰

PCB設(shè)計(jì)時(shí)，我們通常會(huì)控制走線的特征阻抗；電源設(shè)計(jì)時(shí)，又會(huì)關(guān)注電源分配系統(tǒng)（PDN）的交流阻抗，雖然都是阻抗，一個(gè)是信號(hào)的通道要求，一個(gè)是電源的設(shè)計(jì)要求，似乎扯不上關(guān)系。高速先生一直也是這么認(rèn)為的，直到有一天再次看到這個(gè)公式，靈光乍現(xiàn)：

這不就是均勻無(wú)損傳輸線的特征阻抗計(jì)算公式嗎？

高速先生對(duì)這個(gè)公式印象深刻，因?yàn)樗尸F(xiàn)出的數(shù)學(xué)美：用分式廓清了物理通道，用開(kāi)方激活了傳輸信號(hào)，是科學(xué)的邏輯的根，是哲學(xué)的上帝的魂……

好吧，主要是夠簡(jiǎn)潔，而且，它的奇妙之處還在于，能從不同的角度還能解讀出不同的含義……

說(shuō)到電源完整性設(shè)計(jì)，主要關(guān)注直流壓降和交流瞬態(tài)電壓兩個(gè)方面。

直流壓降（IR Drop），顧名思義，就是電流在電源路徑上產(chǎn)生的壓降。常見(jiàn)的直流壓降要求是圍繞正常工作電壓在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)的百分比參數(shù)：

這也是在直流壓降仿真報(bào)告里最經(jīng)常出現(xiàn)的判決指標(biāo)：

除了電壓百分比的形式，有些芯片手冊(cè)則會(huì)對(duì)電源直流電阻DCR（Direct Current Resistance）提出要求，因?yàn)镈CR可以更加直接的反映電源通道本身的特征，關(guān)于它的詳細(xì)介紹，有興趣的可以參考高速先生之前的文章《不改平面不加層，微調(diào)走線抬電平》。

DCR的提出，讓電源直流壓降與阻抗的關(guān)系變得顯而易見(jiàn)：

隨著頻率的增加，讓我們把視線從直流轉(zhuǎn)向交流，交流電源噪聲關(guān)注的是不同頻率時(shí)，負(fù)載瞬態(tài)電流在電源回路上產(chǎn)生的壓降。

那么，直流壓降和交流瞬態(tài)電壓要求到底有什么聯(lián)系呢？在DDR5協(xié)議里這張圖的啟發(fā)下，高速先生的靈光再次乍現(xiàn)：

看出來(lái)了嗎？無(wú)論是電源的直流壓降，還是交流瞬態(tài)電壓，本質(zhì)上關(guān)注的都是阻抗。直流情況下是直流電阻DCR，交流時(shí)關(guān)注的是交流阻抗。打通了任督二脈，我們?cè)僬f(shuō)說(shuō)文章開(kāi)頭的阻抗公式：

同樣是阻抗，這個(gè)公式對(duì)于電源完整性設(shè)計(jì)有什么用呢？

電源回路的阻抗不用通過(guò)公式計(jì)算（因?yàn)榭梢哉腋咚傧壬抡妫?，但是，它?duì)于我們理解PDN阻抗卻大有幫助，理解了這個(gè)公式，你就不會(huì)再糾結(jié)為什么PI攻城獅說(shuō)能鋪電源平面的，就不要用走線；為什么老讓你加電容，又不允許你的電容扇出走線拉太長(zhǎng)；為什么……

一切的一切，只為這兩條：增加電源回路的有效電容C，降低電源回路的寄生電感L。最終的目的只有一個(gè)，那就是減小阻抗Z。