高速电路电源完整性仿真HyperLynx PI

shuteoliver · 发表于 2013-5-4 17:10

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随着IC供电种类的增多、功耗的增大以及板层的减少，更小的噪声余量及不断增加的工作频率等方面需求，导致合理的设计电源供电系统变得非常困难。如果供电不足，设计将出现信号完整性问题，印制板设计将因逻辑错误而失败。电源完整性分析（PI）分析已成为现代电子设计中必不可少的部分。

HyperLynx PI包括Layout前、后的电源完整性分析，如直流压降分析，交流去耦分析，平面噪声分析及模型提取。

分析IR压降
HyperLynx PI能够识别潜在的直流电源分配问题。如过多的压降，这将导致IC出现故障。还有高电流密度或过大的过孔电流，这将导致印制板的损坏。所有的仿真结果都可以通过图形化的方式查看，也可以生成仿真报告，这些都将有助于快速容易地定位DC电源分配的问题。
Pre-layout
 在PCB板导入CAD前设置Plane Shape，电压源和负载。
Post-layout
 将PCB设计数据读入到HyperLynx PI分析环境；
 对单个网络或整个PCB做DC分析
 导出到前仿真环境做what-if分析

HyperLynx PI能够识别潜在的直流电源分配问题。如过多的压降，这将导致IC出现故障。还有高电流密度或过大的过孔电流，这将导致印制板的损坏。所有的仿真结果都可以通过图形化的方式查看，也可以生成仿真报告，这些都将有助于快速容易地定位DC电源分配的问题。 Pre-layout  在PCB板导入CAD前设置Plane Shape，电压源和负载。 Post-layout  将PCB设计数据读入到HyperLynx PI分析环境；  对单个网络或整个PCB做DC分析  导出到前仿真环境做what-if分析

图1 直流压降分析

电/热协同仿真
HyperLynx PI中集成了板级热分析仿真引擎和电源完整性分析引擎。电源完整性分析引擎对电源网络的电特性进行仿真，提供功率密度给热分析仿真引擎，热分析仿真引擎根据器件功耗运行板级热仿真，然后热仿真结果又将改变电路板铜的材料特性。系统多次迭代上述过程，直到仿真收敛，获取最精确的热分析和电源完整性分析结果。

图2 电/热协同仿真

优化PDN
HyperLynx PI能帮助优化电源分配网络（PDN），通过分析可以确定系统如何才能有效地抑制噪声，并且分析阻抗对平面上噪声传播的影响。解决工程师对于去耦电容的考虑：到底需要多少个电容？放置在哪？怎么安装？
Pre-layout
 电源平面编辑
 完整的what-if分析
 创建板框，平面开槽，增加铜皮
 放置、移动电容，改变模型和寄生参数，修改安装方式
 修改层叠结构，电介质参数
 增加电源引脚，增加或去除过孔
 去耦分析和平面噪声分析
Post-layout
 将PCB设计数据读入到HyperLynx PI分析环境
 分析PDN的阻抗
 导出到前仿真环境做what-if分析，如增加或去除电容，改变容值，安装方式，层叠结构等
 进行平面噪声分析得出去耦的策略

图3 去耦分析和平面噪声分析

SI/PI协同仿真
信号的转换速率不断提高也会影响电源能量的传输，最终会引起信号完整性的问题。这种问题通常表现为:电源网络上的噪声或信号网络上过大的延时、错误的开关动作等。HyperLynx PI提供SI/PI协同仿真功能，用于分析由信号与电源平面之间的相互影响。

图4 SI/PI协同仿真
模型提取
在上GHz领域，合理地对过孔进行参数化建模对于SERDES总线是必需的。而在HyperLynx PI中，可以产生高精度的过孔模型，包括整个板子的去耦网络，所有的电容和过孔，及平面间谐振的影响。
HyperLynx PI还允许PDN模型的提取，模型可提取成S参数、Z参数、或Y参数，并且可在仿真中方便地应用。

兼容的PCB设计系统
 Mentor Graphics PADS Layout，Expedition PCB，Board Station
 Cadence Allegro，SPECCTRA，OrCAD
 Altium Protel，P-CAD
 Intercept Pantheon
 Zuken CADStar，CR3000/5000PWS，Visula，Board Designer
支持的平台
 32位Windows 7/Vista/XP/Server2003/2008
 64位Windows 7/Vista/Server2003/2008
 32和64位 Linux RHEL 4/5 and SLES 10
 Solaris 10