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聊聊电源完整性(PI)仿真

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发表于 2009-7-6 15:29 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    首先,咱们先来讨论一下电源完整性的概念,电源完整性(PIPower Integrity)就是为板级系统提供一个稳定可靠的电源分配系统(PDS)。实质上是要使系统在工作时,电源、地噪声得到有效的控制,在一个很宽的频带范围内为芯片提供充足的能量,并充分抑制芯片工作时所引起的电压波动、辐射及串扰。
% P0 @* t/ Q& W; _6 T) i( _" q* E$ j. y; Q: G6 L% H
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 楼主| 发表于 2009-7-9 17:34 | 只看该作者
, M6 i; j; i5 Z9 o
     电源分配系统(PDS):上图是一张经典的电源分配系统特性图,相信大家都比较熟悉。从这个图里面,我们可以将整个电源频段分成几部分。在低频段,电源噪声主要靠电源转换芯片VRM来滤波。在几MHZ到几百MHZ的频段,电源噪声主要是由板级分立电容和PCB的电源地平面对来滤波。在高频部分,电源噪声主要是由PCB的电源地平面对和芯片内部的高频电容来滤波。我们在做仿真的时候,对低频和高频部分的仿真精度都还不准确,真正有意义的频段主要还是在几MHZ到几百MHZ这个频段。

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发表于 2011-12-15 21:29 | 只看该作者
现在PI的难题是1.VRM怎么建模?2.负载芯片的模型一般无法得到。

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发表于 2011-7-26 11:59 | 只看该作者
言不在于多,而在于精!我在想,楼主要经过多少实践、理论的洗礼,才能条条是道~敬佩
Allen 该用户已被删除
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发表于 2009-7-6 16:04 | 只看该作者
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 楼主| 发表于 2009-7-7 10:07 | 只看该作者
今天,一起来聊聊电源完整性仿真的必要性随着超大规模集成电路工艺的发展,芯片工作电压越来越低,而工作速度越来越快,功耗越来越大,单板的密度也越来越高,因此对电源供应系统在整个工作频带内的稳定性提出了更高的要求。电源完整性设计的水平直接影响着系统的性能,如整机可靠性,信噪比与误码率,及EMI/EMC等重要指标。板级电源通道阻抗过高和同步开关噪声SSN过大会带来严重的电源完整性问题,这些会给器件及系统工作稳定性带来致命的影响。PI设计就是通过合理的平面电容、分立电容、平面分割应用确保板级电源通道阻抗满足要求,确保板级电源质量符合器件及产品要求,确保信号质量及器件、产品稳定工作。
9 N9 m$ \6 r7 ]! F# f& M3 {
9 ~7 |) t  w  k/ N5 C' A/ F电源完整性PI与信号完整性SI的相互影响:从整个仿真领域来看,刚开始大家都把注意力放在信号完整性上,但是实际上电源完整性和信号完整性是相互影响相互制约的。电源、地平面在供电的同时也给信号线提供参考回路,直接决定回流路径,从而影响信号的完整性;同样信号完整性的不同处理方法也会给电源系统带来不同的冲击,进而影响电源的完整性设计。所以对电源完整性和信号的完整性地融会贯通是很有益处的。设计工程师在掌握了信号完整性设计方法之后,充实电源完整性设计知识显得很有必要。

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发表于 2009-7-7 17:18 | 只看该作者
搬凳子学习。。

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 楼主| 发表于 2009-7-8 09:48 | 只看该作者
这个贴子主要是大家一起来讨论电源完整性仿真的内容,我只是根据自己的理解起个头,这中间肯定有很多不对的地方,欢迎拍砖,非常希望大家一起参与进来讨论,哈哈 :)

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 楼主| 发表于 2009-7-8 09:51 | 只看该作者
: J" Z& Z4 V/ q/ K7 @
电源完整性研究的内容:电源完整性仿真的内容很多,但主要的几个方面如下:
" v5 u3 W# k' ^2 }% \: P
8 B, h: l! w+ a$ A2 M6 ]4 l
. X0 [: Z/ J, V4 R( c1:板级电源通道阻抗仿真分析,在充分利用平面电容的基础上,通过仿真分析确定旁路电容的数量、种类、位置等,以确保板级电源通道阻抗满足器件稳定工作要求;
2 [# y2 |# j! v, I' m2 j" \' E
3 Z. L  y9 o( l% R
" L& x5 J3 n9 }) U/ A2 K
; i5 n6 A5 g( F" l: z9 X+ c1 A7 F2:板级直流压降仿真分析,确保板级电源通道满足器件的压降限制要求;
6 E0 @) q2 N  `& m; Z1 y& l
' m5 i1 S! U3 T# `! U% x" d5 j, q" t- z

, U! H( @* R( k' r3:板级谐振分析,避免板级谐振对电源质量及EMI的致命影响等;

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发表于 2009-7-8 19:56 | 只看该作者
版主教我们用仿真工具进行电源完整性设计

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 楼主| 发表于 2009-7-9 11:24 | 只看该作者
水平有限,谈不上教,哈哈。1 d  J% Z% V, d8 z: f2 _

# R# [% `- A0 ?后面可以往怎么用工具仿真方面聊,欢迎参与进来一起讨论哈。。。

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 楼主| 发表于 2009-7-13 17:23 | 只看该作者

! p  D$ K  A5 n  Q0 b. Y

' p- ?1 t8 b8 M3 j6 V该聊聊大家都很熟悉的目标阻抗Ztarget了。笔者认为,这个目标阻抗是电源完整性仿真里的一个有用但不精确的标准。
1 o( R/ K% W( f. s* O3 d
  H/ C: y- q2 R

, i9 f. O0 ~- W; l8 ]为什么这么说呢?首先介绍一下目标阻抗Ztarget的概念:为了保证IC等器件在直流到时钟频率的多次谐波频段上都能稳定工作,从IC等器件向电源传输系统看进去的阻抗必须保持在较低的值。目标阻抗是我们所期望的电阻值ZtargetZtarget的计算方法如下:
! S9 L6 t# w0 X( F5 c  
2 Y1 w. h2 A1 A( X; R* l
+ s  a8 j2 N0 `
其中:Ztarget目标阻抗
' v+ `% I; L9 F7 J$ U4 ZPower Supply Voltage是工作电压5 ?7 O& J/ ^# r$ \- v2 `
8 n5 Y9 A' B+ k) H- R) E4 e: u
Allowed Ripple 是允许的工作电压纹波系数
. T; d$ {. L, i& CCurrent 是工作电流,目前这个值是用最大电流的1/2来替代。
8 [! T' A  h+ A0 y$ N
: g6 G( X% R( Y. u) G! x! @8 F
) J5 e; R9 R5 @4 K$ V3 O
大家都知道,电源测试的时候,主要是测试纹波,噪声,但是业界目前还很难通过软件进行时域的纹波噪声仿真(一些大公司已经通过测试来建立芯片的噪声模型,然后用这个模型直接仿真,得到的结果就是电源噪声,但目前还处于探索阶段,没有推广使用),而是仿真电源分配系统的电源阻抗,他们的关系可以通过V=R/I来联系。因此如果还是仿真阻抗曲线的话,测试与仿真不能形成闭环。
: ^, X3 Z+ ~9 d  w% P# a4 L9 d4 A9 F! D3 [( T6 Q' ~: C
" I* K6 ]& M8 {8 b3 X1 N( y
在衡量这个阻抗曲线是否能满足要求的时候,使用了这个目标阻抗的标准,但是仔细想想,这个标准还是有很多问题的,比如:这里的电流多大合适?实际的单板功耗是一个动态功耗,是不端的变的。在单板的整个频段范围里,使用统一的目标阻抗值,肯定也是不合理的,应该是各个频段,标准不一样。$ M8 L& ^! u! I* K3 z2 t5 O- \3 U

2 b( z( f4 }: E5 l6 E" R$ K6 [& U

* W4 c3 u, f2 |虽然有这些问题存在,但这个标准还是很有用的,可以通过这个标准衡量电源平面的好坏。就如目前的时序计算,大家基本上都是通过公式对时序进行计算,就是所谓的静态时序分析。虽然这个静态时序分析对电源波动,ISI,SSN等问题考虑不周到,也就是说计算结果不准确,但用来衡量接口时序还是很有用的。因此笔者认为,目标阻抗是一个有用而不准确的标准。
* R1 u. a" g, b; |/ }
4 P' i! o' T& |1 C; N

: K9 ~* E& ?3 ?& y8 x9 @. j( g( |* g, f6 y( T" H1 P
! R5 U! a' K3 Q

9 }& a9 O/ @5 a5 `5 V  ~

点评

期待楼主可以发一下仿真的实例操作教程  详情 回复 发表于 2015-9-9 19:13

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发表于 2009-7-20 21:37 | 只看该作者
感谢楼主得奉献,学习了

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发表于 2009-7-23 21:38 | 只看该作者
谢谢楼主,看后很受启发,觉得很深偶,希望楼主多多继续贡献自己的观点和看法,谢谢

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 楼主| 发表于 2009-7-28 19:22 | 只看该作者
2 G+ ]: w7 O! R+ J# q6 }( `

7 G' S9 J3 v. k" R0 W- u
0 e6 q4 I! I% x

8 t: @) g/ P# A5 G; t9 m8 k% {1 o    关于电容的资料很多,这里只做简单介绍,下次将介绍在PI仿真里面很重要的平面板电容。5 }- j- g3 Q  s) N& }
3 k8 M% D. f- V( o, S& c9 X; g
$ W5 i- b4 [/ Q$ j0 `1 R; S
    电容不仅仅是电容:在频率很高时,电容不能再被当作一个理想的电容看,而应该充分考虑到它的寄生参数效应,通常电容的寄生参数为ESR,ESL。串联的RLC电路在f处谐振。其曲线如下图。图中f为串联谐振频率(SRF),在f之前为容性,而在f之后,则为感性,相当一个电感,所以在选择滤波电容时,必须使电容器工作在谐振频率之前。
; |' V2 K- q# r% L5 q" W7 B* ]7 M' [3 o7 n/ G! j

3 G8 u) o* K5 p! I
8 q& ^& c% G) m
+ G. w: v. Q1 [* T' R0 Z
* W, R6 G# y7 R, }" E

0 E6 E5 P8 X* L% ~" O& ], r- [" K

0 g- J8 v. b8 S( G1 G  i4 i# B- N
6 q- ], g0 d7 A2 ?, ]; k; ]
! D% p) l6 s( Y4 O

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发表于 2009-7-30 15:27 | 只看该作者
jixu~

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发表于 2009-8-15 21:20 | 只看该作者
不错,希望LZ继续发关于此的好东东!4 S# y9 ?1 R% M- }; f* P

# p( O" g, l- k不过,国内公司做PI的好像很少,做SI的都是大公司。' B8 {% K& c* u: M9 o- R
关于PI的资料也很少!!!!!
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