전원 무결성

1. PDN 을 임피던스로 본다

주파수 대역마다 PDN 임피던스를 담당하는 소자가 다르다

전원 분배망(power distribution network)의 목표는 소자가 전류를 요구할 때 전압이 흔들리지 않는 것이다. 전류 변화와 전압 변화의 관계가 임피던스이므로, 요구는 하나의 조건으로 줄어든다.

Z_target = ΔV_허용 / ΔI_최대

모든 주파수에서 PDN 임피던스가 이 값 아래에 있어야 한다. 어느 한 주파수에서만 솟아도 그 주파수 성분의 전류가 흐를 때 전압이 흔들린다.

주파수 구간	임피던스를 낮추는 것
직류 근처	레귤레이터 · 전원면(power plane)의 저항
낮은 주파수	대용량 커패시터
중간 주파수	세라믹 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)
높은 주파수	전원면–접지면 사이 용량 · 소자 내부 용량

주파수 대역마다 담당하는 소자가 다르다. 하나로 전 대역을 덮을 수 없다.

커패시터의 임피던스는 자기 공진에서 최소이고 그 위에서는 인덕터로 동작한다

모든 커패시터는 직렬 인덕턴스와 직렬 저항을 갖는다.

f₀ = 1 / ( 2π √(C · ESL) )        자기 공진 주파수
Z(f₀) = ESR                        공진에서의 임피던스

값보다 루프가 중요하다. 같은 부품이라도 실장이 나쁘면 고주파에서 효과가 사라진다.

값이 다른 두 커패시터를 병렬로 두면, 한쪽이 인덕터로 동작하는 구간에서 다른 쪽 커패시터와 병렬 공진(resonance) 을 이룬다. 그 주파수에서 임피던스가 솟는다.

“값을 10 배씩 나열한다” 는 오래된 관행은 반공진을 만든다. 값의 종류를 줄이고 개수를 늘리는 편이 평탄한 임피던스를 만든다.

전원면과 접지면이 이루는 공동이 특정 주파수에서 공진한다

전원면과 접지면은 가장자리가 열린 공동(cavity) 을 이룬다. 치수가 반파장의 정수배가 되는 주파수에서 공진한다.

여러 출력이 동시에 전환하면 큰 전류가 짧은 시간에 요구된다. PDN 임피던스가 그 대역에서 높으면 전원과 접지 사이 전압이 흔들린다.

신호 무결성과 전원 무결성이 만나는 지점이다. 전원 잡음이 곧 타이밍 잡음이 된다 — 타이밍과 지터 §3.