【解決方案】HyperLynx 助您優化 PCB 電源傳輸網路 (PDN)，確保模擬一路綠燈

By Siemens Xcelerator Academy

隨著積體電路元件不斷演進，供應商提出的電力需求也日益嚴苛。這些要求體現在電路板層級的PDN 阻抗上；若阻抗過高，會阻礙電力高效且及時地傳輸至 IC，這種情況就如同尖峰時段的交通壅塞。

在尖峰時段，大量人口正在兩地之間移動。這是否會導致人們最終無法到達目的地？答案是否定的，如果他們沒有仔細規劃時間，就只是比預期晚到而已。

PDN 的交流 (AC) 行為與此情境非常相似。當 IC 的電晶體在不同狀態間切換時，PDN 必須經過良好設計，以滿足 IC 的電流需求，特別是電流需求中的高頻成分。然而，若 PDN 阻抗過高，將導致 IC 無法正確切換。PDN 阻抗是否會最終阻止高頻電流到達 IC？不會，它們只是比 IC 要求的時間更晚到達，進而導致電晶體無法正常切換。

在設計 PDN 時，該如何預防這種情況？答案是加入局部儲能元件：去耦電容。與其等待電壓調節器 (VRM) 供應高頻電流，局部的去耦電容會即時放電滿足高頻電流需求，這就像是為交通亮起了綠燈！

此外，還有一種固有電容，它是 PDN 中第一個回應瞬時電流需求的組件。這種電容存在於傳輸平面之中，這也使得疊層規劃成為 PDN 設計中至關重要的步驟之一。圖 1 說明了交流電流需求如何流經 PDN。

圖 1：交流電流需求的簡化示意圖

那麼，該如何決定去耦電容所需的數量、正確的電容值以及適當的疊層規劃呢？

這正是 HyperLynx 去耦分析大顯身手的地方，它能協助您設計並驗證 PDN 的交流（AC）行為。

至於 PDN 的直流（DC）行為呢？PDN 阻抗（即直流下的電阻）會導致 PDN 銅箔產生電壓降，進而阻礙電壓調節器輸出端的預期電壓準時送達 IC（如圖 2 所示），這可能造成組件運作異常。當直流電流需求較高，且 IC 與電壓調節器之間的距離較遠時，這通常會成為一個棘手的問題。

藉由 HyperLynx 先進的 DC Drop (壓降分析) 功能組合，您可以高枕無憂；HyperLynx 能針對您 PDN 的電壓降與電流進行全面且詳盡的分析。

PDN 直流壓降示意圖