specctra1.1面临挑战高速PCB设计中电源性问题

第1 简 的：高速PCB设计中的电源完整性问题 解决方法:SPECCTRAQuestPower SPECCTRAQuestPowerIntegrity工作流 SPECCTRAQuestPowerIntegrity模块的使 第2章电源平面分析的准备工 使用设置向 板 DCNet/Plane DCPowerPair 库安 内在电 安装电 第3章电源完整性设计与分 电源平面目标阻 单结点仿 概 关于工作表的处理Workinginthe 分 波形分 报 多节点仿 分析属 布置元 PlacingNoise PlacingDecoupling Post-Placement 第4章临时封 概 建立临时表贴封 CreatingTemporaryLeaded 第5章电压调节模块 WorkingwiththeVoltageRegulator VRM编辑 第1 简本章主要包括以下解决方法:SQSQPIUse 的：高速PCB设计中的电源完整性问题CB设计的一个主要。当快速翻转设备同时改变状态时，通过电源分配系统的纹波噪声随频率的变化而变化。这个噪声也可以依次干扰高速设备周围的环境。Important没有足够的电源支持，高速元件的行为将是不可预测的。Figure1-1PDS注意：电容的作用：1。给最近的主动器件提供本地电压源2。给噪声提供了到地的低阻回路Tip电容本身的寄生电感限制了它们的有效频率范围，因而你可以试用表贴电容来减小电SQPI帮助你进行对PCB电源分配系统进行设计，建模和分析。SQPI对电源平面结构（包括连SPECCTRAQuestPowerIntegrity工作流表1-1Table1-1阶段可以使用设置向导来逐步的建立电源完整性分析所需要的板级数据库，本阶段任务有：“PreparingforPowerplane “TemporaryPackages”置差动态电流等。得到这些参数以后，SQPI推荐维持目“PowerplaneTargetImpedance”“Workingintheworksheet” 确定ripple确定最大delta确定参数forthevoltageregulator3“PowerplaneTargetImpedance”“Single-NodeSimulation”“Workingintheworksheet”“WorkingwiththeVoltageRegulator“Runningasingle-nodesimulation”“Workingintheworksheet” “Multi-Node析确定aripple确定一个最大delta确定参数forthevoltageregulatorSimulatingtovalidatecapacitor电容分配。SQPI在电源平面分析时考虑了电容布局。 ysisPreferences”“PowerplaneTargetImpedance”.“Single-NodeSimulation” “PlacingComponents” ysis析确定arippleSpecifying umdelta确定参数forthevoltageregulator评估带有噪声源的阻抗impedance放置去耦电容PlacingdecouplingCrossSPECCTRAQuestPowerIntegrity模块的使在布板过程中，你可以在一下阶段调用SQPI模块：Intheexplorationphase,板上并没有布置元件，可能连可用的网表都没有，板框、平面层铺铜、DC网络分配以及pcb层叠关系等等也都没有放置。SQPI使用设置向导来指导你建立用于2本章包括以下设置向导的使板层DC网络/平面关在使用SQPI进行板子的电源分配系统分析之前，PCB板层叠电源－地平面在整个准备过程中，QI提供了设置向导来指导你。你可以直接在电源完整性设计和分析框中直接调用这个设置向导。关于电源完整性设计和分析框的使用请参见“电源完整性设计和分析”。当需要其他信息时，Q会自动弹出设置向导。注意：你在电源完整性设置向导（yze–PowerIntegrity）里设置的参数和你在板子设置向导（Board–SetupAdvisor）里设置的参数是独立的。调用设置向你可以在布板工具（floorplanner？）中选择yze–PowerIntegrity更改设置参数，在这个框中，你可以浏览设置向导。关于电源完整性设计和分析框的使用请参见第三章Figure2- 设置向导（初始化屏幕□点击Next进入设置向导里的boardoutlineSQPI需要一个板框来进行布局和电源平面提取。如果板框不存在或者它不完整，则下图的Figure2-2SetupWizard(BoardOutline你可以从scratch技巧：当你点击EditOutline时，现有板框会在floorplanner中打开的同时，会弹出一个confirmer。点击其中的Edit然后拖动调整手柄来改变尺寸或板框的shape。点击OK接收新板□点击NextSQPI需要使用层叠关系来计算电源对从而为平面建模。如果层叠不存在或它不包含平面Figure2-3SetupWizard(Stack-up(EditStack-up)(ImportStack-up)。技巧：SQPI寻找与环境变量STACKUP_PATHTopological PhysicalFigure2-4ViewingtheLayerStack-在topological视图中，各层 dielectric)均一的出现；而在physical视图中，则按例显□ClickNexttoproceedtotheDCNet/PlaneAssociationscreeninthesetupDCNet/PlaneSQPI在进行去耦电容估算前需要给每一电源平面分配DC电压。在本屏幕中，你可以调整选择一个已有的DC网DC网络。分析属性框中选择Figure2-5SetupWizard(DCNet/Plane在分析属性框（yze–yzePreferences）的PowerIntegrity栏内，SQPI允许你确定最小的平面/板面积比。在走线层，小于这个面积比的平面并不列在设置向导的DCNetClickthisTodisplayDCClickthisTodisplayDCNetlist–IdentifyDCNets框对应你确定的电源脚和电压值SQPI并不需要你标明同一网络上的各个引脚的电压，它仅需要知道该网络技巧：由于你可以在向导里直接改变电压，你并不需要使用框，除非你想review设计的所有网络，而向导仅仅显示那些具有VOLTAGE属性的网络。EditBoard–PlaneOutlinedialog□点击Edit然后拖动调整按钮来改变活动shape注意：删除，替换，调整或移动平面shape可能对相应的另一个平面起到有害的作用。参看DCPowerPair设置。EditNetlist–EditNets框from你可以创建或改变现有网络引脚除非你想更改这个网络的引脚。□点击Next进入DCPowerPairSetupscreenDCPowerPair在进行PIrails共享，比如分割平Add创建对应平面，被选中平面对在Figure2-6SetupWizard(PowerPairSetup技巧：尽管没有要求，但你应该pair-upplanesthatareclosetoeachotherinthelayerstackup。Figure2- □点击Next进入社会自向导的librarysetupscreenSQPI在进行PDS问题分析前，需要陶瓷电容和大量的去耦电容模型。一个去耦电容被视为一个设备，设备文件包括描述了电容layoutandpinescapes的封装模型和描述了电容值容进行分类。.dcl文件定义了电容的分组情况。The.dclfilespecifiescapacitorfamilygrou.调整一个去耦电容（可选选择一个去耦电你可以使用信号分析库浏览器来选择去耦电容族。见图2-8，点击其中Library即可。在选择技巧：搜索去耦电容模型时，SQPI寻找具有DCLPATH环境变量的 选择一个去耦电电容，他的谐振频率在图2-8中显示为一条垂直线。该垂线的高代表了该电容的等效串联电阻Figure2- 技巧：你想要选择在板子频率范围内并且能产生设计目标阻抗的电容。GraphGraphAllGraphFigure2-8 choicesfordecoupling电容阻抗主要为容性；而谐振点以上，则阻抗主要为感性。选中波形被突Figure2-9Frequencyversusimpedancegraphofselected调整一个去耦电你可以使用去耦电容编辑器来查看或调整选中的去耦电容。点击库树中的电容，右键后从弹出菜单中选择DT即可去耦电容编辑器。你在编辑器中做的任何改变都将保存到你所选中电容的设备模型中去。所有参考该设备模型的电容都将依次刷新为新值。注意：如果设别模型文件被写保护，你的编辑将保存到当前工作的devices.dml参见“临时封装”ThisDisplaysMountIntrinsicMounted基于表贴电容pin-esca和相关via-to-plane特性的安装电Part技巧：如果库封装不合适，点击Create并明确建立一个临时封Resonant内在电SQPI可以基于你提供的电容厚度来估计电容的内在电感。从去耦电容编辑器中，选择相Figure2-11IntrinsicInductance安装电Figure2- 安装电感估算：固定平面对模式（左）；实验模式（右技巧：如果库封装不合适，点击 并明确建立一个临时封装必须的参数。参见“临时封装planepair的下拉列表中选择实验模式。 ysisPreferences框中的Usecalculatedcap-toplanemountedinductances来计算安装电感。参见“分析属性”□点击Finish3本章主要包括以下要点电源平面的目标分报阻抗来传递电流。SQPI基于偏置电压，纹波电压（噪声容限）和最大动态电流来计算电源平面QI对RM，电容器以及系统电源－地平面进行建模以便决定电源分配系统的阻抗。使用SigavePCB上每一个元件的阻抗－频率曲线族，这次阿曲线沿着DS的目标阻抗分布。CB上DS阻抗超过目标阻抗的地方可以通过放置谐振频率合适的去耦电容来降低他的阻抗，使之落在允许的目标阻抗范围内。概在单结点仿真中，SQPI连接（wire）源并联之，等效电路见图3-1。结果则以阻见图3-3 图3-1单结点仿真等效电运行单结点仿只要你通过运行设置向导设置好了数据库，你就可以进行单结点仿真。从PI设计和分析对FigureFigure3-2PowerIntegrityDesignysisdialogSQPI以一个电源平面对为基础进行仿真，因而，你开始要从Powerplanepair下拉列表中选择一个平面对；接下来，你应该确定噪声裕量和最大delta电流。SQPI以同样方法处理VRM,参见WorkingwiththeVoltageRegulatorModule。SQPI基于你所设置的参数如偏置电压，纹波电压（噪声容限），最大动态电流以及你所选择的去耦电容来计算电源平面的目标阻抗。这些去耦电容出现在图3-2的工作表中。关于进一步技巧：SQPI使用你在库安装时所选择的电容来计算所需的电容数量。你可以调整这个估计并运行最后，单击SingleNodeSimulation。结果波形很快显示出来。你也可以点击Report。参关于工作表的处理Workinginthe技巧：在工作表中，SQPI使用了大量的弹出菜单。当你选择工作表中的一行并右击，弹出式菜单Table3- 工作表的解释(seeFigure3-2等的分析，SQPI建议为了维持目标阻抗各种电容各需要多少个。如果你改变了任一个分析环境，则目标阻抗将改变，相应的，NumberSuggested将NumberSuggested的缩放比例因数。乘积为需要分析的数量。图3-2中，注意到第7行的multiliper为2，则此处应将NumberSuggested乘2来得到需要分应的，NumberSuggested和NumbertoyzeNumberSuggested和Multiplier的乘积计算所得的谐振频率Suggested)，并他们必须被不到板子上。技巧：NumbertoCreate=(NumberSuggestedNumberUnplacednumberexistingandplaced)单结点和多节点仿真都要产生阻抗－频率波形图。你可以通过检测out-of-circut分析（单结点）化去耦电容选择。你可以通过检测out-of-circut分析（多节点）结果来优化去耦电容布局波形分WithWithWithoutTargetFigure3- 左边的正阻抗是由于VRM的电感性质导致的，而 右边的负阻抗则是由于平面对间的容性引起的。注意到带去耦电容的波形FigureFigure3-ysisWaveforms:multi-node右击并选择从弹出菜单显技巧：仿真揭示了系统阻抗超过目标阻抗处的频谱差距。为了改正它，应该在目标区域增加该谐振频率的去耦电容并重新仿真。关于电容选择的信息，参见“选择去耦电容”。SQPI以报告的形式捕获设计中的很多参数。可以在设计的任何阶段使用报告来帮助你进行电容选择，平面成对，仿真参数设置以及布局等。可以从PI设计与分析框中选择Report进板及平面层的尺谐振1/21/13/22/15/2噪声Delta目标各去耦电容的详细参建议数量number因子分析数量numberto设备电容值capacitor谐振频率resonant已布电容数量numberto应建立电容数量numberto详细封装信息，包括设备封装元件编号part等效串联电阻equivalentseries内在电感intrinsic安装电感mounted噪声源（包括分布值和板上位置VRM,包括参数以及板上位Figure3-5分析报告(部分为了获得更精确的结果，应该布好去耦电容，噪声源以及RM然后在整个频率范围内进行多节点仿真。不同于单结点仿真，此时SQPI使用一个带恒流源和恒压源的理想电路来连接去耦电容和RM。多节点仿真对物理设计中这些元件的实际布局进行更精确的仿真。注意：SQPI使用Spectre电路仿真器来进行电路仿真，你必须已经安装了它并得到使用之网格化电源平SQPI将电源平面分隔成用户定义的网格尺寸，关于如何设置多节点网格大小，参见“处理分析属性表”。SQPIPI产生每一个节点Figure3-6Multi-nodegridsizewith8x8分析属 框即出现，表3-2描述了该框中的每一项。Figure3-7 ysisPreferencesdialogboxTable3-2 Workingwith ysisPreferencesInthisYouMulti-nodegridSQPI走线层的最小shape面积。参见“DCNet/Plane在分析期间，SQPI一直考虑平面上的shape。本项与下面的includeplanesonconductorlayers一起使用。Includeplanesonconductorlayers‘checked’表示考虑。本项与上面的Minplane/board一起使用。电容”。当你从去耦电容编辑器中初始化安装电感估计时，SQPI评mountedinductance”选中时，SQPII将从常驻内存中调用的 ysis ysis布置元技巧：元件放置使用弹出菜单做了很大的扩展。取决于选择PI设计和分析框或布板时，产生放置电压调节模块在进行多节点仿真前，你必须先放置一个RM在板子上，对不同的电源平面对，你可以改变RM的参数。在板面布局时，右击并从弹出式菜单中选择RMLoaon，RMs作为一个图形出现在板子上。当你关闭dismissPI设计和分析框时，VRMs。放置在板上的放置在板上的Figure3-8VRMplacedintheboardPlacingNoise板框中右击并从弹出式菜单中选择AddNoiseSource。噪声源图标见图3-8。FigureFigure3- 框注意：你可以建立一个的噪声源注意：你可以建立一个的噪声源Figure3- PlacingDecoupling注意：放置去耦电容时，SQPI忽略空间和位置的，然而他们将标上当你放置去耦电容时，一个包围半径代表了它的有效半径。这个半径是基于该去耦电容的（在控制面板中设置噪声源多近的地方。电容的有效半径在分析层显示出来，但他仅仅当I设计和分析框激活时。技巧：对低频电容，由于有很大的半径，所以可以放在板子的任何地方当SQPI建立一个去耦电容时，它将它连到合适的信号网络并且基于他的封装定义走线。WhenSPECCTRAQuestPowerIntegritycreatesadecouplingcapacitor,itconnectsittopropersignalnetsanditroutesitbasedonitspackagedefinition.Packagesformostdecouplingcapacitorshaveconnectionsinthepackage;therefore,theyareroutedwhen当SQPI放好一个元件后，同类型的一个元件连到光标上，直到未布电容数是0。你也可以右击然后选择StopPlacement来挂起布局。ObjectObject有效低频中频高频Figure3-11DecouplingCapacitor布局前操你可以对一个去耦电容进行列操作。在图32的工作表中，在某个行点击任一单元，右击并从弹出菜单中选择lae。当去耦电容符号连到光标上时，你就可以对该电容进行下列操作。Tae3-3Ctext oeratsfrecngcaactrs(re-acemet)This将下一个可用去耦电容放到布板的光标下。SQPI注意：去耦电容在布局之前，必须有想关联的封装信息。关于临时封装信息，参见“临时封装Stop moves选择 Post-PlacementTable3-4 operationsfordecouplingcapacitors(post-This它在相应行的工作表中NumberUnplaced列也有反映。从设计中移走去耦电容。它在相应行的工作表中NumbertoCreate列也有进行选中去耦电容的安装电感的in-circuitestimateCrossFigure3-12Crossprobingasimulationwaveformtoplacementinboard技巧：每一个波形都是板上一个网格结点的仿真结果。参见“网格化电源平面4章临时封装本章包括去耦电容在布置前必须有相应的封装参数。SQPI灵活的允许你使用不同的电容封装进行➤从PI设计和分析框，点击工作表中电容，然后从弹出菜单中选择EDIT.接着，点击去耦电容编辑器重➤从设置向导的库安装窗口，点击库树 Figure4- 表4- 临时封装：表InthisYouPinViaEtchPin当SQPI建立一个过孔时，他也建立一个相应的封装。如果，过孔在pad里面，则则顶层和底层的焊盘大小与过孔一样。如