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

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x
Allegro Sigrity OptimizePI Training(三)去耦电容仿真设置
% `8 r. [0 a5 d- J; n
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
8 F# L- C) i0 y" f' z
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
. n& }  b: G, I9 Q
" a  I% n+ x; A. M' l$ d2 p
' N* C, K7 \8 A4 c% X) z
* s3 k8 n5 ^4 m. m! n7 U' @
, z8 H0 m5 c9 N6 o( M
去耦电容仿真设置(三)5 l$ C3 _& m" d5 G, f

3 o" Q/ r  }. b4 O; ]
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

1 O6 b5 I0 p2 R/ q6 n3 T; c& B
' C- x2 O  e) l1 Q

7 [) U& L+ P& v1 o) Q0 S' z" K6 U
, w# i% L' ~) Z- @
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。

3 }5 l7 J7 |/ y
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
/ y3 p1 z. Y* h; U; |( \

0 J% {  M4 }! s" z
: \+ h6 j. k3 h5 I8 ]- ~9 {7 f

6 Y" F# Q- ]" K7 |
16. 在Workflow中选择“Frequency/Time Range”。

% s- |) e* A$ x# D( t5 l
# F7 V( N0 }9 I9 {, I$ H6 Y. g6 f) p
设置仿真频率为100KHz-1GHz。
6 H6 m4 P4 Y* G3 d$ T1 S. E
( E2 a  f5 F% w8 q2 K& P  V0 k  p, }
17. 在Workflow中选择“Analysis Type”。
' U, L- g/ j- s# P' r
' t0 ^4 L# ~- }( ?
选择Optimization->Device Optimization。点击OK确认

: t3 }. V8 k- r$ m) e

& k1 n; b& k* ?' b& w
18. 在Workflow中选择“Device Optimization Parameters”。
7 |& C# @. T( }+ I$ l) X9 Y# G/ J

, w2 M9 l9 [- q4 a
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。

. y1 V) c+ K% p: W) x3 G% Y
9 W# D0 b! x# F! W( E$ u' [
Impedance Measure用于设置PDN阻抗的测量方式:
; t2 ~1 _; d  R' G! C
  • “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。
    7 S2 J; U$ g* J( f  o0 z; {8 ^
本案例选择默认的“Average Impedance Ratio to Threshold-log”。

  s- z2 K7 G3 X9 J
0 ]& X# A4 |* }4 G, q1 R
右边的网络选择区域,勾选VCC和GND网络进行仿真。
1 n' @% \/ ^1 s7 w( W- W# M

5 v8 @1 [! `* ~4 W" S0 t& W
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。

7 x! z  w6 Q% a3 X1 o
* H, k' U/ x! d' h3 S; `  A
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。
4 _8 f: M+ r$ V- `. p7 A
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。
, G: f6 p# |; m8 s. q6 D
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。
' m9 x2 W! n6 j" s6 B

: @% U; ]3 [9 Z4 \) {* ^1 Y4 i/ g9 J
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。
5 w. o6 r8 `, ~0 F4 T% \/ `

4 j' S! s  U4 H" r- {
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。

  z6 k# Z3 f# ^9 ]
1 A( u1 C7 S. W% \. G
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。
2 s- C+ l" \; }% a: T$ f

, n% N' v) @: Q% p) y, Z
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。
2 c, X) s  I0 e
! }' J5 e8 i* _+ q2 L1 R  `
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。
6 R4 N$ V4 B( t) y" w; i* a4 X
4 ~# |7 F# D5 Z8 n+ U+ N
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。
9 {7 x! Q1 x% x9 Y8 h
本案例使用默认的设置,不做修改。

8 Z, A' o+ _+ u6 p+ A  W: o) L

- P; R% }$ W: j/ X# p
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

$ J, n* a5 j) g; s# e- E5 t
+ o  z- g  U: j% Y; ~1 f& h
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。

- F! d- a; Q7 [( n, i2 o( y

0 D, Z7 p' @- D% F+ }
27. 在菜单栏选择Workspace->Layout File->Save,保存Layout修改。
" Y: R5 a; h8 b( [
28. 在菜单栏选择Workspace->Save,保存OptimizePI配置文件为demo.opix。
3 e  z1 g4 E4 z1 @7 F2 o
29. 在Workflow选择“Start Simulation”,开始仿真。

4 s: @9 o% B6 B  ]/ x% P
  a4 }7 U5 r% }) V" {9 P, j/ n
-----本节完,共四章----
" N. M3 A  C% K+ y. t5 l- {

% W( ~" m9 y& F
1 j* B* c9 |% e, c/ U( D5 o' i
, U# G, E' F: F9 f) _: X+ s$ a3 K' g8 ]( W- r
* w5 n) o; i& Y6 Y% d3 E' B
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