PCB特性影響電源分配網絡(PDN)性能

　　電源分配網絡(PDN)的基本設計規則告訴我們，最好的性能源自一致的、與頻率無關的(或平坦)的阻抗曲線。這是電源穩定性非常重要的一個理由，因為穩定性差的電源會導致阻抗峰值，進而劣化平坦的阻抗曲線，以及受電電路的性能。

　　由于沒有阻抗路徑是完全平坦的，所以我們需要做一些設計調整。本文旨在幫助你做出一些對系統性能影響最小的折衷。

　　源阻抗應該匹配傳輸線阻抗。

　　一般來說，這是S參數測量和所有射頻設備的基本前提。源阻抗(最常見的是50Ω)連接到阻抗與源匹配的同軸電纜，負載也端接到相同的阻抗。這種做法實現了完美的平坦阻抗，不管是從源看到負載還是從負載看到源都是一致的。

　　穩壓器的輸出阻抗可以被認為是一個源，而PCB層可以看作是一根傳輸線。后端去耦電容就是負載。

　　傳輸線基本原理

　　當頻率低于傳輸線諧振頻率時，傳輸線特征阻抗可以用電感和電容項定義。電容可以在傳輸線遠端沒有端接時測量。電感可以在傳輸線遠端短路時測量。傳輸線的特征阻抗取決于這兩個測量結果，即：

　　正確匹配的傳輸線呈現完全平坦的阻抗曲線，其幅度等于特征阻抗。不正確端接的傳輸線呈現為電容或電感性質，在傳輸線諧振頻率的倍數處會產生許多諧振和抗諧振頻率。如果傳輸線是電容性質，那么抗諧振首先發生。如果傳輸線是電感性質，那么諧振先發生。在兩種情況下，首次諧振或抗諧振的頻率為：

(3)

　　圖1用50Ω同軸電纜仿真顯示了這些關系。未端接終端阻抗是在電纜末端開路、短路和匹配端接的情況下測量的。

　　圖1：傳輸線近端阻抗開路(藍色)、短路(紅色)和正確匹配(綠色)，另外一種有趣的關系。

　　在傳輸線和源不匹配的情況下，有兩種可能的解決方案，具體取決于端接電阻是大于還是小于特征阻抗。如果端接電阻小于傳輸線的特性阻抗，那么抗諧振峰值會超過端接電阻。這些阻抗峰值被定義為：

　　利用前面端接電阻分別是24.9Ω和210Ω的仿真模型可以顯示這些關系，圖2中端接電阻是匹配的。

　　圖2：傳輸線未端接終端阻抗24.9Ω(藍色)、210Ω(紅色)和正確匹配(綠色)。

　　這些關系在圖3的對端接24.9Ω和210Ω的50Ω同軸電纜測量中得到了確認。

　　圖3：對端接210Ω(紅色)和24.9Ω(藍色)的50Ω同軸電纜的測量結果。

　　這些概念被擴展到實際的一塊雙面印刷電路板，在這塊PCB上面積為4.5“x 6.3”的裸銅箔中心焊接有一個SMA連接器，如圖4所示。

　　圖4：利用一塊面積為4.5“x6.3”、一個邊有個SMA連接器的雙面銅箔板測量PCB的開路(綠色)和短路(橙色)阻抗。該阻抗還用SMA連接器正對面的2.7Ω(藍色)和10Ω(紅色)端接電阻進行了測量。電阻用非常短的編帶連接到PCB，以便盡量減小互連電感。