【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
，PCBshangdekongjianyuelaiyuexiao，xinhaozouxianyuelaiyuemi，meiyouduoshaodifangkeshixiankuanchangdedianyuanpingmian。zheyangdejieguoshi
，dianyuanpingmianhedipingmiandouhuibeiqitawangluoguokongzhouweidefanhanpansuochuantou
，ruxiatusuoshi。youyucengmianyouhenduokongdong，xianrankegongdianliuliudongdelujingjiuhuibiandegengxi，yinci，dianyuanpingmiandedianzujiuhuibiandegengda，daozhizhiliuyajiangyegengda。

3.PDN去耦電容優化難度增加

電源的PDN係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)每(mei)個(ge)係(xi)統(tong)元(yuan)件(jian)都(dou)能(neng)得(de)到(dao)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)，那(na)麼(me)就(jiu)要(yao)對(dui)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)。隻(zhi)要(yao)電(dian)源(yuan)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)在(zai)目(mu)標(biao)阻(zu)抗(kang)以(yi)下(xia)，那(na)麼(me)電(dian)壓(ya)傳(chuan)輸(shu)就(jiu)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)良(liang)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)保(bao)障(zhang)。而(er)實(shi)際(ji)設(she)計(ji)中(zhong)

，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

隨(sui)著(zhe)芯(xin)片(pian)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，芯(xin)片(pian)電(dian)源(yuan)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)流(liu)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，無(wu)源(yuan)鏈(lian)路(lu)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)。此(ci)部(bu)分(fen)的(de)損(sun)耗(hao)會(hui)以(yi)熱(re)的(de)方(fang)式(shi)呈(cheng)現(xian)出(chu)來(lai)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)熱(re)設(she)計(ji)風(feng)險(xian)，同(tong)時(shi)無(wu)源(yuan)鏈(lian)路(lu)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)，所(suo)以(yi)大(da)電(dian)流(liu)下(xia)的(de)電(dian)熱(re)協(xie)同(tong)分(fen)析(xi)就(jiu)顯(xian)得(de)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)。

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，PDN去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong)優(you)化(hua)難(nan)度(du)增(zeng)加(jia)
，大(da)電(dian)流(liu)下(xia)的(de)電(dian)熱(re)協(xie)同(tong)分(fen)析(xi)等(deng)各(ge)種(zhong)挑(tiao)戰(zhan)。為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)，為(wei)芯(xin)片(pian)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)源(yuan)和(he)電(dian)流(liu)
，提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)質(zhi)量(liang)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)的(de)總(zong)體(ti)電(dian)源(yuan)阻(zu)抗(kang)，提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)。芯(xin)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)推(tui)出(chu)了(le)全(quan)麵(mian)的(de)電(dian)源(yuan)完(wan)整(zheng)性(xing)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)Hermes 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

benwenjieshaolegaosudianludianyuanwanzhengxingshejimianlindeduozhongtiaozhan。xinhebandaotizhenduizhexietiaozhan，tichulezuijiajingzhenglidedianyuanwanzhengxingjiejuefangan，shejizhekeyiqingsongshixianPCB/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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