[SI-LIST] Re: VRM Modeling through measurements

  • From: "Lyndell Asbenson" <Lyndell.Asbenson@xxxxxxxxxxx>
  • To: <ben@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>, "'SI-LIST'" <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 9 Feb 2023 23:06:46 -0800

Ben,
Thanks a lot, Picotest has done a lot of very good work!! I wish Agilent with 
ADS would do some work like you do!! 
PS.
VRM are very important!! I wish near threshold switching would have gotten some 
traction it has the potential of reducing CMOS Power Consumption.  
-Lyndell Lee Asbenson

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Benjamin Dannan
Sent: Thursday, February 9, 2023 10:35 AM
To: SI-LIST <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [SI-LIST] Re: VRM Modeling through measurements

Here are some other links of interest. Courtesy of Picotest.
*Learn about Power Supply/VRM Modeling for Switchers and Linears*

·
*VRM Modeling: A Strategy to Survive the Collision of Three Worlds, SIJ, 
November 21, 2018* 
https://www.signalintegrityjournal.com/articles/1017-vrm-modeling-a-strategy-to-survive-the-collision-of-three-worlds

·         *Measurement Based VRM Modeling, 2017 IEEE 21st Workshop on
Signal and Power Integrity (SPI), IEEE, May 2017 IEEE 21st Workshop on Signal 
and Power Integrity (SPI)*

https://ieeexplore.ieee.org/document/7944009

https://www.picotest.com/downloads/Measurement-Base-VRM-Model-Tutorial-Final-2017.pdf

·         *Video: Measurement-Based, Harmonic Balance VRM M**odel, DGCon
April 2020*, A unified, fast-simulating, Harmonic Balance VRM simulation model 
is introduced. it supports discontinuous, continuous, and forced continuous 
conduction modes for voltage mode, voltage mode feed-forward and current mode 
control.
https://youtu.be/QtPCyiR4QmY
https://www.picotest.com/blog/video-measurement-based-harmonic-balance-vrm-model/

·         *Characterizing and Selecting the VRM, SIJ, April 25, 2018*

https://www.signalintegrityjournal.com/articles/831-characterizing-and-selecting-the-vrm

·         *Characterizing the VRM, EDIcon Online, Sept. 2019*

https://event.on24.com/eventRegistration/EventLobbyServlet?targetþg20.jsp&partnerrefÿD3SS&eventid
 52277&sessionidÿkey‰E0C982E79AD60E6B066ACF5CBEFA78&regTagÿourcepageþgister

·         *Measurement Based VRM Model Tutorial Handout Final.pdf,
Picotest, May 2017*

Picotest Power Integrity Training Course Material, info@xxxxxxxxxxxx

·         *Measuring and Interpreting Impedance Data, SIJ August, 2019*

https://event.on24.com/eventRegistration/EventLobbyServlet?targetþg20.jsp&referrerÿtps%3A%2F%2Fwww.signalintegrityjournal.com%2Fevents%2F99-measuring-and-interpreting-impedance-data&eventid
 49545&sessionidÿkeyÚ37B34BE8615E5EA7FEB1101C3D0BF8&regTagÿourcepageþgister

·         *Stability and Performance Improvement with Feedback in VRM
Transconductance Error Amplifiers*

*A Case Study using the Sandler State Space Average VRM Model, EDIcon Online, 
October 2022*

https://event.on24.com/wcc/r/3867734/C61F1C0FEE1B6482C4EDFC4461CA91AB/3961609?partnerrefÿailShareFromReg&ms65088075252

·         *Small Signal Models Small Signal Problems SIJ, NOV 2022*

https://www.signalintegrityjournal.com/articles/2898-small-signal-models-small-signal-problems

·         *VRM Modeling and Stability Analysis for the Power Integrity
Engineer, DesignCon Feb 2023*  *- Ballroom F, Ben Dannan (NGC), Heidi Barnes 
(Keysight Technologies), Christian Yots (TI), Steve Sandler (Picotest), 
*Wednesday, February 1 - 9:00 AM - 9:45 AM

https://dcon23.mapyourshow.com/8_0/sessions/session-details.cfm?scheduleidx&;

On Thu, Feb 9, 2023 at 10:23 AM Benjamin Dannan <ben@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

Hello Rajan,

What are you trying to do? Are you trying to build this model to use 
in a design for sign-off in time-domain and frequency-domain analysis? 
If so, I would not recommend using an R-L model. They aren't going to 
provide the accuracy you need, specifically if you have 
noise-sensitive circuits. As Steve Sandler teaches us, there are five 
noise sources in a VRM. With a passive SPICE model (e.g. R-L or 
R-L-R-L model), you only get one of those sources of noise in your 
simulation. So if you're concerned by PSRR, that means an R-L model 
will not give you that fidelity. Also, remember that the control loop 
on your VRM has inductance which affects the output impedance of your 
VRM. So if you measured the output impedance of a VRM with one control 
loop design and then changed the control loop at all, your output 
impedance will now be different on that model. See link below to an article 
on the inductive nature of Voltage Control Loops by Steve Sandler:

Steve's EDN article the inductive nature of voltage control loops is a 
good reference for linear regulators and KDO's (these are two 
different things, though LDO is a class of linear regulators)

https://www.edn.com/the-inductive-nature-of-voltage-control-loops/

If all you want to do is create an R-L model that is easy to do with 
an output measurement and then fit it to a SPICE model in an EDA tool. 
Most EDA tools have some tuner or optimizer feature you can use to fit 
your simulated model to a measured model.

As Gio recommended, I'd also recommend reading the paper that Steve, 
Heidi Barnes, and I just presented at DesignCon 2023 titled "VRM 
Modeling and Stability Analysis for the Power Integrity Engineer." In 
this paper, we show why SPICE models (R-L) should not be used for 
design sign-off or in power integrity designs today. When comparing an 
R-L model with PCB effects to a state-space average VRM model that 
includes the PCB effects, both VRM models have an almost identical 
output impedance. When applying a step response to both of these VRM 
models, we show a 47 dB higher contribution of noise from the 
state-space average VRM model. That is because we do not get the other noise 
sources from the R-L model.

Now keep in mind, in this paper, we focus on a buck regulator example. 
I believe you are asking about an LDO. In this case, the methods shown 
in our paper are similar; you want to make some measurements to 
characterize the LDO's overall gain and output impedance properly. 
From there, you need to understand the LDO's architecture. Most LDOs 
today are series-pass architecture but not all. Some LDOs use internal FETs, 
and some use BJTs.
From there, you can build a relatively simple model which you can dial 
in using an error amplifier with a voltage reference, a FET (or BJT 
depending on the LDO), and your feedback loop. LDO performance 
(including output side inductance) is also operating current and 
voltage-dependent.  These will also change with tolerances, including 
initial temperature and age (and radiation). Then you can include your 
PCB effects with your PDN to have a much better model to use for 
time-domain and frequency-domain analysis for your power integrity efforts.

Best Regards,
Ben

On Thu, Feb 9, 2023 at 10:13 AM Filip, Cristian 
<cristian.filip@xxxxxxxxx>
wrote:

Hi Rajan,

Take a look here: https://www.picotest.com/ADSBook.html

The book is really worth buying and it answers many of the questions 
you might have related to PI modeling.

Cristian

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx <si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx> On 
Behalf Of Rajan Hansa
Sent: February 9, 2023 12:29 AM
To: SI-LIST <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [SI-LIST] VRM Modeling through measurements

Hello Experts,
In my recent project, I have been assigned to set up a flow for VRM 
(dc-dc converter/ LDO) modeling through measurement. We are designing 
a validation board to facilitate this process.

I have always used series R and L & Bulk decap to model VRM in PDN 
simulations. I am unsure what parameters can be extracted from 
measurement to model VRM. Although I have heard about bode plots and 
step responses that can be generated to model VRM, I could not find 
any good documents explaining this method.

Can someone help me better understand this topic or provide me with 
some documents/papers that explain it in more detail?

Thanks in advance,

Rajan


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
                //www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
                //www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu




------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: