如今的 PCB 使用的是 CMOS 數(shù)字器件，當(dāng)邏輯緩沖器切換狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)兩種類型的瞬態(tài)電流行為?；镜?CMOS 反相器排列方式是使用兩個(gè) MOSFET 連接到一個(gè)輸入端，單個(gè) CMOS 反相器會(huì)根據(jù)從關(guān)斷到接通或從接通到關(guān)斷的切換情況，表現(xiàn)出兩種類型的瞬態(tài)響應(yīng)。具體如下：

接地反彈

這是電流進(jìn)入 PDN 時(shí)最常見(jiàn)的瞬態(tài)電壓效應(yīng)。發(fā)生這種情況時(shí)，接地參考平面上會(huì)出現(xiàn)電壓上升，而 PDN 上的正電壓軌則保持不變。

軌道塌陷

這種現(xiàn)象被稱為 PDN 紋波或電源軌紋波，不要將其與整流交流信號(hào)輸出端的紋波混淆。當(dāng)瞬態(tài)電流在 PDN 上傳播時(shí)，PDN 的阻抗會(huì)在正電壓軌上產(chǎn)生電壓波動(dòng)。

在這兩種情況下，都會(huì)導(dǎo)致在正電壓軌和負(fù) (GND) 電壓軌之間測(cè)量到的電壓出現(xiàn)波動(dòng)。只需測(cè)量設(shè)備中電源和接地平面之間的電壓（例如使用示波器），就會(huì)發(fā)現(xiàn)連接到 PDN 的器件出現(xiàn)電壓波動(dòng)。在接地引線或電源引線處可能測(cè)量到的基本瞬態(tài)效應(yīng)如下所示。

PDN 瞬態(tài)電流變化導(dǎo)致接地反彈和軌道塌陷。

當(dāng)集成電路中的邏輯電路切換狀態(tài)時(shí)，上述兩種效應(yīng)都取決于 PDN 瞬態(tài)電流的變化。在實(shí)際的集成電路中，會(huì)有許多邏輯電路同時(shí)切換，從而產(chǎn)生接地反彈和軌道塌陷的復(fù)雜組合?？傮w而言，這兩種效應(yīng)結(jié)合在一起會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜波形，可以在電源軌上測(cè)量到。這兩種效應(yīng)的區(qū)別在于電流的流向和電流路徑中存在的寄生元素。

當(dāng)正電壓供電軌上的瞬態(tài)電流進(jìn)入 PDN 時(shí)，就會(huì)發(fā)生軌道塌陷。可以將 PDN 建模成一個(gè) RLC 網(wǎng)絡(luò)，與任何具有一定電抗的系統(tǒng)一樣，它可以表現(xiàn)出類似于阻尼振蕩的瞬態(tài)響應(yīng)。這種效應(yīng)的整個(gè)過(guò)程如下：

在步驟 4 中我們可以發(fā)現(xiàn)，較高的 PDN 阻抗會(huì)導(dǎo)致電源總線上的電壓波動(dòng)過(guò)大。此時(shí)的解決方案是盡可能降低 PDN 阻抗。為此，需要巧妙地選擇去耦電容，并放置相鄰的電源/接地平面，以確保較高的平面間電容。

當(dāng) CMOS 反相器關(guān)斷，走線/參考平面電容放電時(shí)，就會(huì)發(fā)生接地反彈。與電流流經(jīng) PDN 正極的情況一樣，流經(jīng)集成電路接地端口的電流也會(huì)出現(xiàn)各種寄生效應(yīng)，這些寄生效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生無(wú)功阻抗。接地反彈產(chǎn)生電壓尖峰的過(guò)程如下：

1. CMOS 反相器的低電壓端接通，存儲(chǔ)在走線/參考平面電容中的電流放電。

2. 該電流流經(jīng)集成電路的接地平面，進(jìn)入集成電路芯片上的連接線。電流從連接線流過(guò)集成電路封裝上的引腳，再通過(guò)一個(gè)過(guò)孔回到接地平面。

3. 沿 PDN 出現(xiàn)的電壓尖峰是由于流向接地的電流路徑上的總電感產(chǎn)生了反向電磁場(chǎng)。

4. 然后，該電壓尖峰作為阻尼振蕩降至零。

通過(guò) CMOS 反相器的 PDN 瞬態(tài)電流路徑。

此時(shí)，接地反彈主要是由接地引線中的電感造成的。當(dāng)集成電路反復(fù)開(kāi)關(guān)時(shí)，多個(gè)接地反彈尖峰結(jié)合在一起，產(chǎn)生能在電源軌上測(cè)量到的復(fù)雜強(qiáng)迫振蕩（見(jiàn)下圖）。

在上述兩種情況下，有一點(diǎn)需要注意，PDN 實(shí)際上是一個(gè)多端口網(wǎng)絡(luò)。電源軌上的電壓不僅會(huì)影響開(kāi)關(guān)器件的直流電源，它還會(huì)導(dǎo)致 PDN 上所有器件的直流電源產(chǎn)生一些波動(dòng)。在仿真中，不同端口的阻抗之間的這種關(guān)系通過(guò) Z 參數(shù)或阻抗參數(shù)進(jìn)行量化。該參數(shù)矩陣定義了 PDN 中某個(gè)端口的電壓波動(dòng)與 PDN 中所有端口的電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

利用高級(jí) PCB 設(shè)計(jì)工具中的 3D 電磁場(chǎng)求解器，可以提取這些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。如果需要快速提取 Z 參數(shù)，最好使用與您的 layout 工具集成的仿真套件；這樣無(wú)需在另外的仿真工具中重新為 PCB 創(chuàng)建新模型，即可輕松查看 PDN 的哪個(gè)部分具有高阻抗。