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“轉移阻抗”?求你們不要再玩新梗了!

發(fā)布人:一博科技 時間:2024-09-02 來源:工程師 發(fā)布文章

高速先生成員--黃剛


在SI這個行業(yè)待久了,Chris發(fā)現(xiàn)其實也蠻卷的,就好像前幾周寫的電容濾板半徑這篇文章,最近一些和Chris很熟的網(wǎng)友也評論說:現(xiàn)在好好做設計,好好做仿真都不行啦?一定要發(fā)明一些聽起來很高大上的專有名詞才能襯托自己的厲害?所謂濾板半徑,其實就是研究如何擺放電容的位置,優(yōu)化它給負載芯片的去耦效果的問題嘛,大電容擺遠點,小電容擺近點,無非是考量電容到負載的等效電感的影響程度,就非要說得文縐縐的?

對此,Chris舉雙腳贊同,但是大家不能怪高速先生哈,這些名詞也不是我們發(fā)明的是吧。所以Chris繼續(xù)翻這篇文章的評論時,竟又聽到另外一種聲音:還有沒有這樣文縐縐的名詞,給我來一打!我就喜歡聽高速先生用簡單的語言翻譯,翻譯后的內(nèi)容就能輕松get到了!顯然,Chris更喜歡這種態(tài)度,然后呢,借著組內(nèi)的同事們剛好也問到一個不常聽的概念,就“勉為其難”再給大家做一個科普咯。它就是今天的豬腳---轉移阻抗。


相信大家會第一時間通過某搜索引擎去查這個名詞。一般來說,建議大家不要查,因為查到的東西大家看完后其實也基本跟沒看過一樣。轉移阻抗是電路分析與設計中的一個重要概念,用于描述電路中信號傳遞的特性。它代表了輸入和輸出之間的關系,并對電流、電壓和功率等參數(shù)進行計算。轉移阻抗的原理基于歐姆定律和基爾霍夫定律。根據(jù)歐姆定律,電流與電壓之間存在線性關系,而基爾霍夫定律則描述了電路中電流和電壓的分布和總和等特性。通過計算輸入信號與輸出信號之間的比值,可以得到轉移阻抗。對于線性系統(tǒng),轉移阻抗是一個常數(shù);而對于非線性系統(tǒng),轉移阻抗可能是一個函數(shù),表示輸入信號與輸出信號之間的關系。。。。。。嗯,查完也看完了,大家感覺怎么樣?


算了算了,Chris要不舉個例子吧,我相信效果應該會比你們強行理解要來的好。我們假設在下面這個具體PCB電源設計的場景中,左邊的電源VRM芯片給兩顆DDR4顆粒供電,電壓大家也知道,1.2V。


PDN阻抗前面問了大家,大家是知道的哈。那我們分別仿真得到顆粒1和顆粒2兩個負載的PDN阻抗結果,如下所示。當然,我們按每個顆粒的最大電流是0.5A,然后允許1.2V電壓波動的紋波幅度為5%,這樣我們能計算得到滿足要求的PDN目標阻抗值,也就是下面黑色的spec線。


可以看到,兩個顆粒經(jīng)過合理的設計,在板級的頻段(幾十MHz吧)能滿足這個目標阻抗的要求。上面也是我們正常去做PDN仿真輸出的結果,給出的是每個負載端的Z阻抗曲線,也稱之為自阻抗。Z22是第一個顆粒的自阻抗,Z33是第二個顆粒的自阻抗。

那針對這個例子而言,什么叫轉移阻抗呢?假設我們在上面的仿真中,增加一個仿真項,我們仿真第一個顆粒與第二個顆粒之間的阻抗,也就是Z32,仿真結果如下:


這個Z32就是我們今天要介紹的新概念,轉移阻抗。那大家就好奇了,Z22和Z33的意義都知道,是表征在顆粒1和顆粒2需要拉載一定電流值的時候,由于存在自阻抗就會在顆粒處產(chǎn)生紋波。那Z32的意義是什么呢?

順著大家對自阻抗理論的觀點,Chris決定延伸一下。在上面的電源鏈路仿真中,我們分別去做下面兩個case:case1是在dram2拉載電流,同時也去看dram2的紋波;case2是我們在dram1中拉載電流,然后同樣還是看dram2的紋波。


那經(jīng)過仿真之后就會分別得到case1和case2在dram2處的紋波結果。

其中case1的結果就是我們仿真顆粒2自阻抗時的表現(xiàn),如下圖所示,的確是能滿足±5%紋波的要求。


當然還仿真了case2,就是顆粒1 拉載電流在顆粒2位置的紋波大小,如下所示,


感覺也不小哦,那到底這個case2的紋波表示啥意思呢?如果現(xiàn)在不懂的,別急哈,我們接著往下看。

那當然還有一種case,那就是兩個顆粒都同時工作,同時拉載電流的情況,這個case更符合產(chǎn)品工作的場景,我們把它叫case3吧。


仿真后也能得到case3情況下同樣在dram2位置的紋波結果,如下圖。

感覺如果兩個顆粒都同時拉載電流的時候,顆粒2的紋波好像±5%都hold不住了啊!仿真PDN的自阻抗是可以過的啊,為啥最后紋波卻過不了???


帶著上面的問題我們繼續(xù)看,從結果看到三個case在dram2顆粒的紋波結果都有點不同,細心的朋友會不會提出這樣的問題呢:那三種case的結果有沒有什么關系?時間關系,Chris決定不賣關子了,那我們把case1和case2的紋波結果加起來,當然加的同時要減去直流的1.2V,大概寫一個簡單的公式,我們就能得到兩個case加起來后的紋波結果。


咦,怎么上面加起來的紋波和case3有點像?。〈蠹乙膊挥萌フ襝ase3去對了,Chris把它們倆直接放在一起看,也不能說很像吧,只能說一模一樣!?。?/span>


嗯,沒錯,case1加上case2的紋波等于case3的紋波。強調一次,是完全相同!最后Chris簡單總結一下,就是對于dram2而言,它不僅要關心在它自己位置拉載的電流造成的紋波影響,還要考慮dram1拉載電流時產(chǎn)生的對dram2紋波的影響哈!相信Chris都這樣暗示了,大家應該能明白啥是轉移阻抗了吧!


問題:看完了這篇文章,大家能用自己的話講講什么是轉移阻抗嗎,它在電源設計和仿真中的意義是什么?


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關鍵詞: 阻抗 PCB

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