【導讀】我(wo)們(men)習(xi)慣(guan)從(cong)電(dian)路(lu)圖(tu)和(he)等(deng)效(xiao)電(dian)路(lu)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)分(fen)析(xi)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)
，但(dan)這(zhe)種(zhong)思(si)路(lu)最(zui)終(zhong)會(hui)遇(yu)到(dao)阻(zu)礙(ai)
，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)到(dao)實(shi)際(ji)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)。在(zai)實(shi)際(ji)的(de) PCB 中，電信號的傳播特性將在係統行為中發揮主導作用，其中包括像直流電源分配這種簡單的現象。直流電並非真正的直流電，會在 PCB 中激發強烈的諧振

，由集成電路引入電路板的直流電更是如此。

本文要點：

• 在兩個導電平麵之間傳播的電磁波會激發平行板波導諧振。

• 在 PCB 的電源分配網絡 (PDN) 中，平行平麵結構內部會激發諧振，從而導致電路板邊緣出現強輻射。

• 這些諧振通常在 GHz 範圍內，在 PCB 中的 PDN 阻抗譜或帶有近場探頭的示波器上會有所顯示。

我(wo)們(men)習(xi)慣(guan)從(cong)電(dian)路(lu)圖(tu)和(he)等(deng)效(xiao)電(dian)路(lu)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)分(fen)析(xi)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)，但(dan)這(zhe)種(zhong)思(si)路(lu)最(zui)終(zhong)會(hui)遇(yu)到(dao)阻(zu)礙(ai)，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)到(dao)實(shi)際(ji)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)。在(zai)實(shi)際(ji)的(de) PCB 中
，電信號的傳播特性將在係統行為中發揮主導作用，其中包括像直流電源分配這種簡單的現象。直流電並非真正的直流電，會在 PCB 中激發強烈的諧振，由集成電路引入電路板的直流電更是如此。

每塊高速 PCB 都有電源平麵和接地平麵，電磁波傳播會激發平麵諧振。

PCB zhongdedianyuanpingmianhejiedipingmianbuzhishizhenggedianlubandianyuanfenpeidejichu，tamenxuyaoweiqijiantigongwendingdedianyuan。shijishang
，renhedianlubandouhuichanshengzhongyaodeshuntaixiaoying
，erdianlubanzhongdepingmiancengjiegouzuoyonghenda，keyijuedingjigaopinlvxiadefushepinpu。zhejiushidianyuanpingmianxiezhenfenxideyongwuzhidi，gaifenxiyouzhuyulejie PDN 電路描述的局限性，也能幫助我們判斷在何時需要從波導行為的角度考慮平麵布置。

1. 電源平麵諧振分析

觀察一下 PCB 中 PDN 的阻抗圖就會發現，在高頻時會出現一些諧振行為。根據電路板的結構和尺寸，這些頻率一般在 GHz 範圍內，或者更高。當 PCB zhongdedianyuanpingmianhejiedipingmianzhongdieshi，tamensuoxingchengdejiegouhuigouchengyigebankaifangdepingxingbanbodao，gaibodaojuyouyixiemingxiandexiezhen。xiatudeshilizhanshilezai PCB 上測得的 PDN 阻抗譜，其中包括在高頻下可以看到的諧振。

在 PDN 輸入端測得的 PDN 阻抗譜示例
，500 MHz 以上可見平麵諧振。

PCB 中所有的實際電源平麵布置都有一些諧振
，這些諧振可通過結構中的電磁波傳播輻射而激發。PDN 中所有的諧振都可以通過考慮係統結構來計算，係統結構看起來與平行板波導非常相似。雖然我們可能會認為 PDN 的行為與平行板波導完全相同，但實際上我們得出的隻是一個近似值；在 PCB 平麵之間穿過該區域的所有其他導體都會改變諧振頻率，使其與平行板波導的計算值不同。此外，PDN 的有限跨度將決定結構中的諧振

，從而將平行板波導諧振更改為空腔諧振。

對於尺寸為 a 和 b 的電路板
，電源平麵和接地平麵之間的間距為 h，則諧振頻率為：

一般空腔諧振器的諧振頻率，假設諧振器為矩形結構。

雖然上述公式並非普遍適用於每種 PDN 結構
，但它為我們提供了最低階 PDN 諧振的近似值。最低階 PDN 阻抗的典型值從 100 MHz 到 1 GHz 以上不等
，具體取決於電路板的尺寸和結構中平麵之間的間距。

芯片也有自己的 PDN

，因此按照邏輯推理
，它也會表現出一些諧振，可能會被電路板電源軌上傳入的瞬態振蕩所激發。然而，由於芯片及其 PDN 的幾何形狀
，情況並非如此（極高頻率下除外）。

2. 從電路板過渡到芯片

當(dang)電(dian)源(yuan)的(de)入(ru)射(she)波(bo)撞(zhuang)擊(ji)到(dao)芯(xin)片(pian)上(shang)之(zhi)後(hou)，芯(xin)片(pian)電(dian)源(yuan)軌(gui)上(shang)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)將(jiang)與(yu)電(dian)路(lu)板(ban)電(dian)源(yuan)軌(gui)上(shang)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)大(da)不(bu)相(xiang)同(tong)。集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)源(yuan)軌(gui)與(yu)裸(luo)片(pian)上(shang)的(de)接(jie)地(di)平(ping)麵(mian)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)距(ju)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)
，因(yin)此(ci)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)諧(xie)振(zhen)的(de)頻(pin)率(lv)要(yao)高(gao)得(de)多(duo)。

下圖是以三種不同方式測量 PDN 阻抗的仿真示例。藍色曲線顯示的是 CMOS 集成電路在芯片主電源軌上測量的典型 PDN 阻抗曲線。這是直接在裸片上測量的曲線類型，經過了任何無源調節部分
；請注意，其中不包括因鍵合線或引線框架而產生的引腳封裝電感。將該曲線與電路板阻抗平行對比，假定電路板阻抗為強去耦，在 10 kHz 以上具有相對平坦的阻抗。紅色曲線表示這兩個阻抗的平行等效值。

芯片 + 電路板封裝的總阻抗（紅色曲線）。請注意

，裸片上看不到高阻抗諧振。

在此示例中，總阻抗在約 100 MHz 處出現反諧振，但相對較弱
，隻有 1 歐姆左右。曲線的其餘部分非常平坦，在低頻時與電路板的低阻抗部分重疊

，在高頻時與芯片的 PDN 阻抗重疊。芯片 PDN 也存在高阻抗諧振/反諧振對，但頻率很高，在上述窗格中看不到。PDN 上芯片電容的存在也有助於使芯片上測得的總阻抗保持在較低水平。

舉個簡單的例子，我們可以比較電路板和芯片最低階波導模式的阻抗。在上述示例中
，電路板的最低階諧振僅為 2 GHz；如果我們假設裸片上的電源軌到接地平麵的距離僅比芯片尺寸約為 1 cm2 的 PCB 上的距離小 10 倍，那麼芯片 PDN 中的最低階諧振將超過 20 GHz。不應使用電路模型來計算集成電路或電路板 PDN 這類複雜結構中的確切諧振頻率。此類諧振最好使用場求解器應用來確定，該應用可直接從物理 layout 中提取數據。

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本文轉載自：Cadence楷登PCB及封裝資源中心

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