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(多图) 电源完整性仿真让电路板更完美

Paul Rako?? EDN技术编辑?? 2011年09月28日 ?? 收藏2
集总参数分析方法。NEC公司的PIStreamn软件将平面建模成为集总参数的矩阵,使之适用于使用Spice引擎和其它集总参数技术的分析。对于一个平面,软件会使用PEEC(部分元等效电路)技术,生成一个RLGC(电阻/电感/电导/电容)的等效物。软件同时会为过孔和电源层与地层之间形成的空腔建立集总参数模型(图7)。软件还会采用一种串联RLC(电阻/电感/电容)模型,为去耦电容建模,这个模型综合考虑了电容器的寄生电阻与电容以及扇出走线和过孔的寄生电阻与电感。你可以通过建立仿真运行,快速完成单一板对的分析。当改变设置时,软件将做一个考虑到全部相关板面的多层分析。

  除了仿真成品板的物理结构以外,HyperLynx这类软件工具还能做电路板层和去耦结构的早期平面规划。然后可以快速运行一个分析,从而获得一些有关传输阻抗和其它变量的概念。Giga Hertz技术公司开发了一种更快的Spice引擎,将其集成到NEC的PDN(电源分配网络)Expert中。通过这些平面规划工具,可以手动概略描述出PCB和层面,在设计早期优化电容。这样,就可以获得有关板面形状、尺寸、层叠,以及电容数的概念。

 

 一些PC界的电源完整性软件供应商(如Mentor Graphics与Cadence)将自己的工具整合到了设计流中。尽管这并不能消除由一家供应商提供全部工具的担心,但电源完整性仿真使用了PCB的一个物理表述,成为一个几何模型。Ansys与Sigrity公司都能接受来自Cadence的Allegro、Mentor Graphics的PADS,以及Zuken和Altium等公司工具的输入。Agilent公司的电源完整性工具源于其在RF设计方面的专业知识。除了与ADS设计工具合用以外,该公司的EMPro软件还可以输入来自Cadence的Allegro的PCB数据。客户经常会将NEC的PIStream与Zuken的PCB工具一起使用,但该软件也可以接受Cadence的Allegro和其它PCB软件的输入数据。

  虽然有些工程师更喜欢自己的电路板流程中的整合工具,但从Ansys这种仿真专业公司获得工具也有一些优点。例如,该公司的SI(信号完整性)Wave工具类似于Mentro Graphics公司的HyperLynx,而PIAdvisor工具可以帮助你深入探究电源完整性问题。该工具拥有针对过孔仿真的3D解算器。另外,还可以使用Ansys公司的HFSS(高频仿真器系统)工具,做物理问题的全3D仿真,如连接器和其它3D几何形状。一些客户会将Ansys电源完整性工具和信号完整性工具的输出结果输给自己使用的同一个HFSS工具,对机箱建模。这样,他们就可以评估产品的EMI。CST(计算机仿真技术)的EM Studio软件可接受Gerber PCB文件的输入,并可以计算3D IR(电流/电阻)降。

  你所选择的软件必须拥有所需要的能力。很多公司希望你分开来解决信号完整性和电源完整性问题,他们假定,一旦你充分减少了电源阻抗,就会关注信号完整性。这一方案的问题是,电源噪声与信号噪声是交互作用的。为解决这个问题,Sigrity公司允许你在信号完整性上仿真电源噪声的效果(图8)。CST公司的Microwave Studio也可以分析从紧密靠近的电源层传播的噪声。

  高价问题

  电源完整性软件的价格经常会让没有经验的工程师目瞪口呆。一个简单的DC仿真器就可能要15000美元,而一个包含电源完整性、信号完整性和热解算器的完整系统,可能要价75000美元。这个数字对软件来说似乎很高,不过应该考虑到电源完整性失败的成本。一块复杂电路板的重制,在制作和工程方面可能要花5000美元或1万美元,而未及时上市的成本则达100万美元。另外一个考虑是系统的BOM(物料单)成本。如果电源完整性软件可以在电容上节省50美分,则对一个大批量产品,就可能在几个月内挣回电源完整性软件的费用。

  Ansys公司的Patel发现,过去做电源完整性、信号完整性和EMI分析的三名工程师是互相隔离的。现在,虽然仍可能是一名工程师做EMI分析,但这个人先要与一个做电源完整性和信号完整性分析的人一起工作,他们经常会共享同一种软件。Sigrity公司的Brim指出,IBIS
(输入/输出缓冲规范)5.0有电源-地

  和信号数据,使仿真软件可以将5.0模型电源脚的噪声关联到通过输出泄漏的噪声,类似于模拟器件中的PSRR规格。所有这些功能联合成一种效果,即让你拥有一个设计良好的可靠产品(图9)。

  如果你了解并知道如何使用这些昂贵的工具,则作为一名工程师的身份就会倍增。对于喜欢CAD(计算机辅助设计)软件的工程师来说,这些工具的学习并不难。Mentor Graphics公司在公司的很多销售场所


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电源完整性仿真? 电源完整性软件?

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