前言

隨著人工智能、5G、大數據中心、終端設備、物聯網的發展，整機系統的發展趨勢是大功耗、大電流、低電壓、高密度，這其中電源完整性(Power integrity，簡稱PI)設計的挑戰越來越大。工程師需要在設計階段進行電源完整性仿真分析，包括電源DC壓降仿真、AC頻域仿真、時域瞬態噪聲仿真、電熱仿真，以規避PCB設計中的電源風險。 本文介紹了采用芯和半導體HermesPSI軟件進行電源DC壓降仿真分析的流程。由于在單板PCB上從源端到芯片負載端的路徑上，銅皮存在DC電阻，電源在PCB路徑上就會產生電壓壓降，如果壓降太大，芯片負載端的工作電壓過低導致芯片無法正常工作，所以對電壓進行DC壓降仿真分析顯得尤為重要。

電源DC壓降仿真分析流程

1.PCB文件導入

首先我們導入PCB文件，菜單欄點擊 Layout(可以支持.brd.mcm.sip等文檔格式)

圖1：導入PCB文件

選擇要仿真的電源網絡和GND，在Select nets/components to import 界面篩選需要仿真的網絡NVVDD和PS1_NVVDD_DRVR_PH_R，還有GND，點擊箭頭導入到右邊，點擊OK，完成PCB文件導入。

圖2：選擇導入的網絡

2.Stackup和Padstack設置

接下來在Project Manager窗口下雙擊“Stackup”，根據PCB文件設置疊層信息;

圖3：疊層設置流程

DieMaterial是選擇板材類型，在銅箔層，可以選擇填充在銅箔的板材類型(注意：選的是跟PP一樣的板材，因為只有pp才會流膠到銅皮層填充，core是不會流膠的)。

圖4：板材設置

3.設置DC仿真流程

(1)創建DC仿真流程在Project Manager窗口選擇“Analysis Setup”，右鍵選擇“New Analysis Flow”， 然后選擇PI DC。

圖5：創建DC仿真流程

在”AnalysisSetup”下面就會出現PI_DC1，以及相對應的流程設置窗口。

圖6：DC仿真流程示意圖

(2)選擇仿真的電源地網絡在流程窗口雙擊Net，選擇要仿真的電源地(注意：選擇好后，一定要點擊Apply按鈕，才能生效)。(說明：本次案例仿真網絡電源從Ps1_NVVDD_DRVR_PH_R出來，經過一個電阻到NVVDD網絡，然后連接到芯片負載。因此，我們要把電阻后的網絡也選上，一起進行仿真)。

圖7：仿真流程窗口

圖8：選擇電源地網絡

在選擇電源地網絡時，工具會列出定義為電源和地的網絡。如果想要仿真的網絡并沒有定義成電源和地，請點擊Project下的Net,然后選取網絡，右鍵選擇”Set as power” 或者”Set as ground”定義電源地網絡。定義好后，該電源地網絡窗口會變為power特性。

圖9：賦予電源屬性

(3)創建電阻模型由于本次仿真的兩個電源網絡通過一個電阻相連，因此需要給電阻賦置模型。在菜單欄，點擊Models->PI Model Library進行電阻建模。

圖10：創建電阻模型

在彈窗里進行模型庫設置：在Sample處，鼠標右擊選擇Inductors;選中Inductors后，在右邊模型處點擊Add，新建一個模型，將Part Number改為Through;在Model欄目，下拉選擇選取RL，設置R的值為0.001ohm。

圖11：電阻模型參數設置

(4)電阻賦模型在流程窗口雙擊Model，彈出賦模型窗口， 右鍵選擇Power_Power, 如下選擇兩個連接的電源，軟件會自動將連接這兩個電源網絡的器件列出。

圖12：導入電阻

回到賦模型窗口，選擇RS5器件，在model列右鍵選取前面定義的through模型。賦置好后，點擊Apply。

圖13：賦電阻模型

(5)設置VRM雙擊PSI_DC WorkFlow窗口里的VRM, 在彈窗里選擇相應的電源輸出端的電源地網絡，然后選擇VRM的Type。有三種VRM Type可供選擇，本案例VRM設置Multi_Phase_Sepatate_VRM。

圖14：設置VRM

(6)設置VRM的Sense點

先設置senseP點，找到VRM senseP點的器件，選擇senseP點的pin位置，右鍵點擊fit selected。然后按照同樣的步驟設置senseN點。

圖15：查找VRM senseP點

圖16：設置vsenseP反饋點

(7)設置sink

雙擊PSI_DC WorkFlow窗口里的SINK, 在SINK設置窗口里右鍵選擇Add，彈出Add Sink窗口;選擇好電源地網絡，在列出的器件窗口中勾選G1器件作為電源輸入SINK，然后點擊OK按鈕。

圖17：設置sink點

圖18：選擇G1為sink點

可以看到一個SINK已經添加，名稱為“器件號_正端網絡名_負端網絡名”。設置電壓為1V, 電流40A。一定要點擊Apply按鈕使設置生效。

圖19：sink點設置結果

4.運行仿真

雙擊Project窗口下的Analysis Setup里選擇PI_DC流程，右鍵選取Run。

軟件會開始仿真并在下方窗口顯示進度欄。

圖20：運行仿真

5.查看仿真結果

在PI_DC1流程右鍵選result查看結果。

圖21：查看仿真結果

也可以顯示壓降、電流密度和功率密度的2D云圖。

圖22：查看云圖結果

總結本文介紹了采用芯和半導體HermesPSI軟件進行電源DC壓降仿真分析的整個流程。整個流程包含以下步驟：PCB版圖文件導入，選擇電源地網絡，創建電阻模型，設置VRM及sense點，設置sink，運行仿真并查看云圖。 通過大量不同場景的實際產品驗證，芯和半導體HermesPSI工具電源DC仿真精度和業界標桿相比差異在0.5mV以內，已經獲得國內外眾多客戶的信賴。

關于芯和半導體

芯和半導體是國產 EDA 行業的領軍企業，提供覆蓋 IC、封裝到系統的全產業鏈仿真 EDA 解決方案，致力于賦能和加速新一代高速高頻智能電子產品的設計。

芯和半導體自主知識產權的 EDA 產品和方案在半導體先進工藝節點和先進封裝上不斷得到驗證，并在 5G、智能手機、物聯網、人工智能和數據中心等領域得到廣泛應用，有效聯結了各大 IC 設計公司與制造公司。

芯和半導體同時在全球 5G 射頻前端供應鏈中扮演重要角色，其通過自主創新的濾波器和系統級封裝設計平臺為手機和物聯網客戶提供射頻前端濾波器和模組，并被全球著名的半導體分析機構Yole列入全球IPD濾波器設計的主要供應商之一(Dedicated IPD Filter Design House)。

芯和半導體創建于 2010 年，前身為芯禾科技，運營及研發總部位于上海張江，在蘇州、武漢設有研發分中心，在美國硅谷、北京、深圳、成都、西安設有銷售和技術支持部門。其中，濾波器業務擁有自有品牌 XFILTER，由旗下全資核心企業，上海芯波電子科技有限公司負責開發與運營。

原文標題：【應用案例】怎樣進行“電源DC壓降仿真分析”?

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審核編輯：湯梓紅