【導讀】1965年時任仙童半導體公司研究開發實驗室主任的摩爾應邀為《電子學》雜誌35周年專刊寫了一篇觀察評論報告，題目是：“讓集成電路填滿更多的元件”。在摩爾開始繪製數據時，發現了一個驚人的趨勢：每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產生都是在前一個芯片產生後的18-24個月內。摩爾的觀察資料

，就是現在所謂的摩爾定律。與摩爾定律相對應，Intel公司的CPU芯片也具有一個規律，它的時鍾頻率大約每兩年就要加倍。i486處理器工作於25MHz，而奔騰4處理器的速度達3GHz以上。數十億晶體管處理器的處理速度可達20GHz。隨著處理器等芯片的晶體管數量和速度的提升，為了解決功耗、散熱等問題發明了很多新材料和新結構。同時
，互連封裝技術也在迅速發展，當前
，3D封裝已經廣泛應用於部分消費類電子產品中。

前言

●    高速PCB不同種類的電源平麵分割後
，如何處理直流壓降過大？

●    大電流平麵的縫合過孔是不是越多越好

？

●    去耦電容是使用相同容量的電容並聯，還是使用多個不同容量的電容並聯？

●    去耦電容的數量是否是越多越好，如何通過控製電容數量來節約成本？

電子產品發展趨勢

1965年時任仙童半導體公司研究開發實驗室主任的摩爾應邀為《電子學》雜誌35周年專刊寫了一篇觀察評論報告
，題目是：“讓集成電路填滿更多的元件”。在摩爾開始繪製數據時，發現了一個驚人的趨勢：每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產生都是在前一個芯片產生後的18-24個月內。摩爾的觀察資料，就是現在所謂的摩爾定律。與摩爾定律相對應，Intel公司的CPU芯片也具有一個規律，它的時鍾頻率大約每兩年就要加倍。i486處理器工作於25MHz，而奔騰4處理器的速度達3GHz以上。數十億晶體管處理器的處理速度可達20GHz。隨著處理器等芯片的晶體管數量和速度的提升，為了解決功耗
、散熱等問題發明了很多新材料和新結構。同時
，互連封裝技術也在迅速發展
，當前，3D封裝已經廣泛應用於部分消費類電子產品中。

摩(mo)爾(er)定(ding)律(lv)作(zuo)為(wei)電(dian)子(zi)製(zhi)造(zao)產(chan)業(ye)鏈(lian)的(de)金(jin)科(ke)玉(yu)律(lv)，一(yi)直(zhi)屹(yi)立(li)於(yu)科(ke)技(ji)發(fa)展(zhan)的(de)前(qian)沿(yan)
，給(gei)整(zheng)個(ge)電(dian)子(zi)製(zhi)造(zao)產(chan)業(ye)鏈(lian)指(zhi)明(ming)了(le)非(fei)常(chang)明(ming)晰(xi)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)，可(ke)謂(wei)厚(hou)澤(ze)萬(wan)物(wu)。電(dian)子(zi)產(chan)業(ye)在(zai)摩(mo)爾(er)定(ding)律(lv)的(de)驅(qu)動(dong)下(xia)，產(chan)品(pin)的(de)功(gong)能(neng)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)，集(ji)成(cheng)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，信(xin)號(hao)的(de)速(su)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)快(kuai)，產(chan)品(pin)的(de)研(yan)發(fa)周(zhou)期(qi)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)短(duan)。

高速電路電源完整性設計麵臨的挑戰

集成電路沿摩爾定律發展的趨勢為當代電子係統的電源分配網絡（PDN）設計與電源完整性（PI）分析提出了日益嚴峻的挑戰：

1.低電壓供電的芯片集成度越來越高

電壓越低，每個器件引腳上需要的電流就越大，就會導致直流壓降越大；電壓越低，控製壓降的要求就越嚴，典型的電壓要求通常為±5%，這zhe就jiu意yi味wei著zhe允yun許xu的de直zhi流liu壓ya降jiang更geng小xiao。器qi件jian集ji成cheng度du越yue高gao
，集ji成cheng電dian路lu周zhou圍wei的de走zou線xian就jiu會hui越yue密mi
，從cong而er導dao致zhi電dian源yuan網wang絡luo中zhong的de電dian流liu密mi度du更geng高gao
，直zhi流liu壓ya降jiang也ye更geng大da。

2.PCB設計向高速高密度發展

目前，PCB上shang的de空kong間jian越yue來lai越yue小xiao，信xin號hao走zou線xian越yue來lai越yue密mi，沒mei有you多duo少shao地di方fang可ke實shi現xian寬kuan敞chang的de電dian源yuan平ping麵mian。這zhe樣yang的de結jie果guo是shi
，電dian源yuan平ping麵mian和he地di平ping麵mian都dou會hui被bei其qi他ta網wang絡luo過guo孔kong周zhou圍wei的de反fan焊han盤pan所suo穿chuan透tou
，如ru下xia圖tu所suo示shi。由you於yu層ceng麵mian有you很hen多duo孔kong洞dong

，顯xian然ran可ke供gong電dian流liu流liu動dong的de路lu徑jing就jiu會hui變bian得de更geng細xi，因yin此ci，電dian源yuan平ping麵mian的de電dian阻zu就jiu會hui變bian得de更geng大da
，導dao致zhi直zhi流liu壓ya降jiang也ye更geng大da。

3.PDN去耦電容優化難度增加

電源的PDNxitongyaoqiumeigexitongyuanjiandounengdedaozhengchanggongzuodianya，namejiuyaoduidianyuanjinxingzukangkongzhi。zhiyaodianyuanzukangkongzhizaimubiaozukangyixia，namedianyachuanshujiuhuiyouyigelianghaodexingnengbaozhang。ershijishejizhong
，PDN上連接了種類數量眾多的各種去耦電容器，它們是PDN最重要的組成部分，幾乎就決定了PDN的質量。PDN能有效地抑製噪聲到底需要多少個電容？這些電容放置在哪？怎麼安裝？如何在保證電源良好的性能基礎上
，通過刪減電容來減輕PCB布局的緊張，進而還能節約設計成本是電源完整性分析的一大挑戰。

4.大電流下的電熱協同分析

suizhexinpiandejichengduyuelaiyuegao，xinpiandianyuandegongdiandianliuyuelaiyueda，wuyuanlianlushangchanshengdegonglvsunhaoyeyuelaiyueda。cibufendesunhaohuiyiredefangshichengxianchulai，congerdaozhireshejifengxian
，tongshiwuyuanlianluyehuishoudaowendudeyingxiang，suoyidadianliuxiadedianrexietongfenxijiuxiandetebiezhongyao。

綜上所述，目前高速電路電源完整性麵臨著低電壓供電的芯片集成度越來越高，PCB設計向高速高密度發展，PDNquoudianrongyouhuananduzengjia
，dadianliuxiadedianrexietongfenxidenggezhongtiaozhan。weilenenggoubaozhengxitongdewendingyunxing，weixinpiantigongwendingdedianyuanhedianliu，tigaodianyuanzhiliang，jiangdixitongdezongtidianyuanzukang，tigaochanpindekekaoxinghewendingxing。xinhebandaotituichulequanmiandedianyuanwanzhengxingfangzhenfenxijiejuefanganHermes PSI。

芯和半導體高速電路電源完整性解決方案

Hermes PSI是一款麵向電子產品進行電源完整性分析、信號與電源協同分析、電熱協同分析的工具

，設計師可利用此工具導入PCB板和封裝設計文件以及他們的物理結合，還可幫助設計師進行die和電源調整模塊模型結合的端到端的電源完整性頻域AC阻抗分析、DC壓降分析
、時域紋波噪聲分析。最終為電子產品提供最佳競爭力的電源完整性解決方案。

1.DC壓降分析

Hermes PSI能夠識別PCB/SiP設計中潛在的直流壓降等問題。如過多的直流壓降，可能會導致IC器件出現故障。還有過高的電流密度或過大的過孔電流
，可能會導致PCB/SiP的損壞。所有的仿真結果都可以通過圖形化的方式查看，同時也能夠生成仿真報告
，這些都將幫忙工程師快速定位電源分配的DC問題。

2.AC頻域阻抗分析

Hermes PSI能夠幫助設計師優化電源分配網絡（PDN），通過AC opt分析可以確定PDN有效地抑製噪聲最少需要多少個電容？能夠幫助工程師得到最佳性能
、最小麵積、最小成本的分析結果。

3.電熱協同仿真分析

Hermes PSI能neng夠gou通tong過guo無wu源yuan鏈lian路lu功gong率lv損sun耗hao作zuo為wei熱re源yuan進jin行xing係xi統tong熱re分fen析xi，同tong時shi係xi統tong熱re分fen析xi的de溫wen度du分fen布bu作zuo為wei無wu源yuan鏈lian路lu分fen析xi的de輸shu入ru
，經jing過guo多duo次ci迭die代dai分fen析xi最zui後hou達da到dao熱re平ping衡heng。進jin而er得de到dao真zhen正zheng意yi義yi上shang的dePCB/SiP電熱分析結果。

總結

本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)了(le)高(gao)速(su)電(dian)路(lu)電(dian)源(yuan)完(wan)整(zheng)性(xing)設(she)計(ji)麵(mian)臨(lin)的(de)多(duo)種(zhong)挑(tiao)戰(zhan)。芯(xin)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)，提(ti)出(chu)了(le)最(zui)佳(jia)競(jing)爭(zheng)力(li)的(de)電(dian)源(yuan)完(wan)整(zheng)性(xing)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，設(she)計(ji)者(zhe)可(ke)以(yi)輕(qing)鬆(song)實(shi)現(xian)PCB/SiP設計的DC壓降分析、AC頻域阻抗分析、電熱協同仿真分析等，幫助設計者降低了設計冗餘，規避潛在風險
，縮短了產品開發周期，同時也相應的降低產品成本。

來源：芯和半導體

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