電源大事，阻抗二字
發布時間：2023-02-20 15:08
作者：一博科技高速先生成員 姜杰
PCB設計時，我們通常會控制走線的特征阻抗；電源設計時，又會關注電源分配系統（PDN）的交流阻抗，雖然都是阻抗，一個是信號的通道要求，一個是電源的設計要求，似乎扯不上關系。高速先生一直也是這么認為的，直到有一天再次看到這個公式，靈光乍現：
這不就是均勻無損傳輸線的特征阻抗計算公式嗎？
高速先生對這個公式印象深刻，因為它呈現出的數學美：用分式廓清了物理通道，用開方激活了傳輸信號，是科學的邏輯的根，是哲學的上帝的魂……
好吧，主要是夠簡潔，而且，它的奇妙之處還在于，能從不同的角度還能解讀出不同的含義……
說到電源完整性設計，主要關注直流壓降和交流瞬態電壓兩個方面。
直流壓降（IR Drop），顧名思義，就是電流在電源路徑上產生的壓降。常見的直流壓降要求是圍繞正常工作電壓在一定范圍內浮動的百分比參數：
這也是在直流壓降仿真報告里最經常出現的判決指標：
除了電壓百分比的形式，有些芯片手冊則會對電源直流電阻DCR（Direct Current Resistance）提出要求，因為DCR可以更加直接的反映電源通道本身的特征，關于它的詳細介紹，有興趣的可以參考高速先生之前的文章《不改平面不加層，微調走線抬電平》。
DCR的提出，讓電源直流壓降與阻抗的關系變得顯而易見：
隨著頻率的增加，讓我們把視線從直流轉向交流，交流電源噪聲關注的是不同頻率時，負載瞬態電流在電源回路上產生的壓降。
那么，直流壓降和交流瞬態電壓要求到底有什么聯系呢？在DDR5協議里這張圖的啟發下，高速先生的靈光再次乍現：
看出來了嗎？無論是電源的直流壓降，還是交流瞬態電壓，本質上關注的都是阻抗。直流情況下是直流電阻DCR，交流時關注的是交流阻抗。打通了任督二脈，我們再說說文章開頭的阻抗公式：
同樣是阻抗，這個公式對于電源完整性設計有什么用呢？
電源回路的阻抗不用通過公式計算（因為可以找高速先生仿真），但是，它對于我們理解PDN阻抗卻大有幫助，理解了這個公式，你就不會再糾結為什么PI攻城獅說能鋪電源平面的，就不要用走線；為什么老讓你加電容，又不允許你的電容扇出走線拉太長；為什么……
一切的一切，只為這兩條：增加電源回路的有效電容C，降低電源回路的寄生電感L。最終的目的只有一個，那就是減小阻抗Z。
