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[Cadence Sigrity] Allegro Sigrity OptimizePI Training(三)去耦电容仿真设置

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Allegro Sigrity OptimizePI Training(三)去耦电容仿真设置

  v3 z+ L. J! A
本文大纲
1. 去耦电容仿真设置(一)
2. 去耦电容仿真设置(二)
3. 去耦电容仿真设置(三)
4.仿真优化结果查看
3 e+ K1 o# }/ \7 f( l. g8 d. T
关于OptimizePI
      去耦电容的优化需要综合考虑PDN的性能和成本因素,在目前的PCB或封装设计中,往往存在PDN电源噪声(包括低频和高频)超标、性能不满足设计、成本较高等问题。随着设计变得越来越复杂,电容的位置和容值选择往往大大超出设计人员的经验。
       OptimizePI提供业界第一个能够综合考虑电源PDN性能和成本的解决方案。OptimizePI使用专利的电磁分析和优化算法,可以快速、准确地进行电源分析,自动排列组合去耦电容的容值和位置,提供兼顾性能和成本的电容优化方案,根据优化的不同目标,帮助设计人员在成本、空间、数量和性能之间做出权衡。OptimizePI提供交互式的优化结果后处理,方便用户直观地选择优化结果

; o, L) X7 O! P
* b, z7 h& o5 R5 c

) K. [6 o7 Z# Z4 m

4 x0 M; B1 U( [
2 S) j* V/ n. m+ J% y
去耦电容仿真设置(三)
; B0 M* a6 _; X8 A' d4 }) }
; C: ?4 h' t/ f
本模块用到的PCB案例:
1. 6层PCB设计,第2层是地平面、第5层是电源平面
2.1个电源网络:VCC(红色显示网络)
3.1个地网络:GND(绿色显示网络)
4.1个VRM、5个IC器件(阻抗观测点)、28个去耦电容
2 J" e4 b' i, o0 u" t
! d) s0 l, W) u. y/ Q

5 V9 n" ~- E3 o( ~/ K
  h5 L- `2 `9 S, g3 n
本模块中,我们将会用OptimizePI分析不同的电容滤波方案对几个IC器件的电源阻抗的影响,从OptimizePI推荐的方案中选择合适的方案优化PDN设计。

! C/ Y  h( p: ]( V1 y0 D8 B7 e2 A
15. 在Workflow中选择“Discretes(Optional)”,这一步用于检查和设置如电感、磁珠、电阻等其它器件的模型。本案例中不需要设置
5 b+ a4 _- T, V3 n( ?3 e

0 r: D+ F# d* L  ]2 O! X( |
& D  _. {4 D1 j5 L6 D3 ^9 l

7 n. ?$ S# |8 S9 s+ s8 o
16. 在Workflow中选择“Frequency/Time Range”。
4 [- f4 U/ R+ P2 r( ~3 h5 ~
% v: J6 @8 ^( r. i: V) V7 F+ Z
设置仿真频率为100KHz-1GHz。

$ x) {8 W7 C$ N' e- T1 Z
! q, O9 S3 s! J; l  W
17. 在Workflow中选择“Analysis Type”。

( t7 ^; B2 K/ G+ o4 }7 u# \
" ?0 O4 m5 z* V6 q
选择Optimization->Device Optimization。点击OK确认
2 d: y0 A; S1 |8 _+ N- z, q

  d( A* ?, h9 a7 H# H8 o1 `: g
18. 在Workflow中选择“Device Optimization Parameters”。

$ d2 ]& D9 ~& Q0 ]. F2 I

& e+ ]6 u* P! K4 P
在Device Optimization Parameters->Optimization Manager页面,设置优化目标为“Best Performance vs. Cost”,在优化PDN性能的同时尽可能降低电容成本。
0 N- n6 C6 |, V# M5 k, y
  A. b4 R. b1 V( q8 ^1 @. i
Impedance Measure用于设置PDN阻抗的测量方式:

# Q9 W" L0 M1 W+ i
  • “Average Impedance Ratio to Threshold-log” 是将仿真得到的每条阻抗曲线上每个频点的阻抗和Threshold曲线阻抗的差,取Log,再相加得到一个最终的PDN阻抗值;
  • “Average Impedance Ratio to Threshold-linear”是将仿真得到的每条阻抗曲线上每个频点的阻抗和Threshold曲线阻抗的差,直接相加得到一个最终的PDN阻抗值;
  • “Average Impedance Percentage Difference to Target”是将仿真得到的每条阻抗曲线上每个频点的阻抗和Target曲线阻抗的差的百分比相加得到一个最终的PDN阻抗值。

    ) z% h5 o4 }8 p. p
本案例选择默认的“Average Impedance Ratio to Threshold-log”。

: I! j3 u3 j% M% |

$ V( ]; C2 I: l/ @
右边的网络选择区域,勾选VCC和GND网络进行仿真。
4 G" v' r( Z- _; O* `7 {1 q5 k/ s% Q
3 M1 ~' N5 V* y
19. 在Device Optimization Parameters->VRM(Optional)页面,可以查看和修改VRM器件的模型。本案例不需要修改。
; H: l! ?! A; Z
' _9 p, f. f! ^4 l% K+ t9 J
20. 在Device Optimization Parameters->Decoupling Capacitor页面,设置哪些电容需要考虑替换成其它电容,每个电容分别可以替换成哪些电容类型。
5 m2 d, N. y0 o7 |
每个电容可以替换的候选电容类型,可以选择内置的相同封装、相同或更小封装、任意类型、相同器件这4种模式,默认方式是相同或更小封装,也可以手动在右边的候选电容区域直接勾选相应的电容类型。
5 f/ M$ R0 I  g: {5 m
选择所有ID为8的电容,在右边的候选电容列表中,把ID 5的C1uF0402电容取消掉。

) m4 K9 u, n$ `) ~

3 R# g. x. A( G0 i
选择所有ID为12的电容 ,在右边的候选电容列表中,把ID 5的C1uF0402电容取消掉。

, Z% {' O9 N4 {0 q

2 c: ^' }: w( K/ f3 T' z% F
如果在仿真优化中不希望减少电容数量,可以把“Do Not Remove Capacitor”选项勾上。

4 b2 L2 ]9 D! V) |3 N9 F. I8 y6 K
+ u7 `) k, r1 b9 ~2 ~4 B% ]
21. 在Device Optimization Parameters->Decoupling Capacitor Number页面,可以设置每种电容的最大数量。本例不需要设置。
# a4 Z$ u' h/ k$ I- A

. C( `% J- G7 _
22. 在Device Optimization Parameters->Optimization Range页面,可以设置电容优化方案的其它约束,如电容成本范围、电容面积范围、电容种类最大值、电容数量最大值、总容值范围等。本案例使用如下设置。

) s0 G% Y5 q2 Y

! ?- I$ v1 u" }5 k- j  T% |
23. 在Device Optimization Parameters->Optimization Frequency页面,设置优化的频率范围。这个优化频率范围必须在前面设置的仿真频率的范围内。可以根据电源噪声频谱特点、电源阻抗特性等来合理设置优化频率范围。本案例设置优化范围为100KHz-100MHz。

! D( H5 Q" ~3 U; J. s' q* o

  J/ t# J# o& y# ~5 O' ]* h  r
24. 在Device Optimization Parameters->Impedance Observations页面,可以设置每个阻抗观测点的Threshold Impedance曲线。没有设置Threshold Impedance的话,OptimizePI会根据Layout和滤波电容的情况,自动生成对应的Threshold Impedance。
还可以设置各阻抗观测点的权重,weighting数值越大的权重也越大。
  d+ c8 F  _3 a2 c( j
本案例使用默认的设置,不做修改。
) B, {: Z4 O- x6 ]. a2 @. d7 }

& D) m1 E: r0 {( u7 y- u& ]9 Q
25. Device Optimization Parameters的其它几个页面,本案例中没有涉及到,保留默认设置就可以
4 q3 [# I4 J7 z7 k( K- x6 Z' _

0 D6 e+ v9 _$ G1 m# z$ C. X
26. 在菜单栏选择Tools->Options->Edit Options,在Simulation(Basic)->General页面,设置仿真使用的CPU最大数量。
& M3 H( J( Z) t1 X- T. `4 B
9 \( q3 \0 ]; n
27. 在菜单栏选择Workspace->Layout File->Save,保存Layout修改。

/ ~8 M7 _) f* b) A
28. 在菜单栏选择Workspace->Save,保存OptimizePI配置文件为demo.opix。
( u! W9 e6 V$ C
29. 在Workflow选择“Start Simulation”,开始仿真。
' H9 z+ K& J- v0 E1 _

; ~3 f8 d1 N: C( G9 m
-----本节完,共四章----; s1 ]/ b5 K! d: X+ t# _

- B$ j/ ^5 O# N# @; F* h- h, I$ _

; P& ?" N5 T& U$ J* a' e; T  t  W
7 H0 D' i& s7 D" k0 }1 S
; _$ f) s: f  @
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