电源完整性新洞察：PDN设计中的抖动指标分析与优化方法论
06/30/2025, 01:00 PM UTC
抖动：被忽视的PDN质量指标Jitter: The Overlooked PDN Quality Metric
➀ 抖动被确立为评估电源分配网络（PDN）质量的关键指标，其产生的时序裕量限制对DDR等单端接口的性能影响显著；
➁ 提出基于3D电磁场求解器构建PDN模型，结合VHDL-AMS行为语言测量抖动的完整仿真流程，可快速评估不同去耦方案；
➂ 实验证明平坦阻抗曲线相比'深V型'曲线能进一步降低抖动，揭示单纯追求低阻抗并非最优设计方向。
➀ Jitter is identified as a critical yet underappreciated metric for evaluating PDN quality, particularly impacting DDR interfaces by limiting timing margins;
➁ A simulation methodology using 3D EM solvers and VHDL-AMS models is proposed to quantify PDN-induced jitter, enabling comparisons of decoupling capacitor configurations;
➂ Results reveal that flatter PDN impedance profiles outperform designs with lower impedance in reducing jitter, challenging traditional PDN optimization strategies.
在高速电路设计中，电源分配网络（PDN）的传统评估往往聚焦于阻抗频响特性。然而，本文揭示了时域抖动作为关键质量指标的价值。当输出缓冲器请求 瞬态电流时，PDN无法即时响应将导致时钟边沿偏移，这种现象在DDR4等接口中会直接限制最高工作频率。
文章构建了包含三维电磁场求解器建模（捕获去耦电容频响、芯片安装电感等参数）、简化VRM模型和基于VHDL-AMS的伪随机序列电流激励的完整仿真平台。通过在DDR4案例中设置200ps边沿速率与125MHz奈奎斯特频率，成功量化了不同类型PDN的抖动表现（如图4所示）。
实验对比三种PDN配置发现：尽管优化后的平坦阻抗曲线（红色）整体阻抗值较高，但其6.6ps的抖动表现优于传统'深V型'设计（蓝色8.5ps）。这源于相位响应的频率一致性能更好对齐不同数据跳变的时序边界。该发现颠覆了'低阻抗即最优'的固有认知，为高密度封装设计提供了新的优化维度。
本文方法论已形成标准化白皮书，工程师可快速测试不同去耦方案对抖动的影响。例如移除100μF大电容虽会提升阻抗幅度，但波动性相位响应反而增加时序的不确定性。这种阻抗-抖动权衡关系的量化分析，为当下HBM3、GDDR7等超高速存储接口设计提供了关键支撑。
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