前言

隨著人工智能、5G、大數(shù)據(jù)中心、終端設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，整機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是大功耗、大電流、低電壓、高密度，這其中電源完整性(Power integrity，簡(jiǎn)稱PI)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)越來(lái)越大。工程師需要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)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(shí)域瞬態(tài)噪聲仿真、電熱仿真，以規(guī)避PCB設(shè)計(jì)中的電源風(fēng)險(xiǎn)。 本文介紹了采用芯和半導(dǎo)體HermesPSI軟件進(jìn)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(fù)載端的路徑上，銅皮存在DC電阻，電源在PCB路徑上就會(huì)產(chǎn)生電壓壓降，如果壓降太大，芯片負(fù)載端的工作電壓過(guò)低導(dǎo)致芯片無(wú)法正常工作，所以對(duì)電壓進(jìn)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(dǎo)入

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

圖1：導(dǎo)入PCB文件

選擇要仿真的電源網(wǎng)絡(luò)和GND，在Select nets/components to import 界面篩選需要仿真的網(wǎng)絡(luò)NVVDD和PS1_NVVDD_DRVR_PH_R，還有GND，點(diǎn)擊箭頭導(dǎo)入到右邊，點(diǎn)擊OK，完成PCB文件導(dǎo)入。

圖2：選擇導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)

2.Stackup和Padstack設(shè)置

接下來(lái)在Project Manager窗口下雙擊“Stackup”，根據(jù)PCB文件設(shè)置疊層信息;

圖3：疊層設(shè)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?yàn)橹挥衟p才會(huì)流膠到銅皮層填充，core是不會(huì)流膠的)。

圖4：板材設(shè)置

3.設(shè)置DC仿真流程

(1)創(chuàng)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(chuàng)建DC仿真流程

在”AnalysisSetup”下面就會(huì)出現(xiàn)PI_DC1，以及相對(duì)應(yīng)的流程設(shè)置窗口。

圖6：DC仿真流程示意圖

(2)選擇仿真的電源地網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)擊Apply按鈕，才能生效)。(說(shuō)明：本次案例仿真網(wǎng)絡(luò)電源從Ps1_NVVDD_DRVR_PH_R出來(lái)，經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻到NVVDD網(wǎng)絡(luò)，然后連接到芯片負(fù)載。因此，我們要把電阻后的網(wǎng)絡(luò)也選上，一起進(jìn)行仿真)。

圖7：仿真流程窗口

圖8：選擇電源地網(wǎng)絡(luò)

在選擇電源地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，工具會(huì)列出定義為電源和地的網(wǎng)絡(luò)。如果想要仿真的網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有定義成電源和地，請(qǐng)點(diǎn)擊Project下的Net,然后選取網(wǎng)絡(luò)，右鍵選擇”Set as power” 或者”Set as ground”定義電源地網(wǎng)絡(luò)。定義好后，該電源地網(wǎng)絡(luò)窗口會(huì)變?yōu)閜ower特性。

圖9：賦予電源屬性

(3)創(chuàng)建電阻模型由于本次仿真的兩個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)電阻相連，因此需要給電阻賦置模型。在菜單欄，點(diǎn)擊Models->PI Model Library進(jìn)行電阻建模。

圖10：創(chuàng)建電阻模型

在彈窗里進(jìn)行模型庫(kù)設(shè)置：在Sample處，鼠標(biāo)右擊選擇Inductors;選中Inductors后，在右邊模型處點(diǎn)擊Add，新建一個(gè)模型，將Part Number改為Through;在Model欄目，下拉選擇選取RL，設(shè)置R的值為0.001ohm。

圖11：電阻模型參數(shù)設(shè)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(gè)連接的電源，軟件會(huì)自動(dòng)將連接這兩個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的器件列出。

圖12：導(dǎo)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(diǎn)擊Apply。

圖13：賦電阻模型

(5)設(shè)置VRM雙擊PSI_DC WorkFlow窗口里的VRM, 在彈窗里選擇相應(yīng)的電源輸出端的電源地網(wǎng)絡(luò)，然后選擇VRM的Type。有三種VRM Type可供選擇，本案例VRM設(shè)置Multi_Phase_Sepatate_VRM。

圖14：設(shè)置VRM

(6)設(shè)置VRM的Sense點(diǎn)

先設(shè)置senseP點(diǎn)，找到VRM senseP點(diǎn)的器件，選擇senseP點(diǎn)的pin位置，右鍵點(diǎn)擊fit selected。然后按照同樣的步驟設(shè)置senseN點(diǎn)。

圖15：查找VRM senseP點(diǎn)

圖16：設(shè)置vsenseP反饋點(diǎn)

(7)設(shè)置sink

雙擊PSI_DC WorkFlow窗口里的SINK, 在SINK設(shè)置窗口里右鍵選擇Add，彈出Add Sink窗口;選擇好電源地網(wǎng)絡(luò)，在列出的器件窗口中勾選G1器件作為電源輸入SINK，然后點(diǎn)擊OK按鈕。

圖17：設(shè)置sink點(diǎn)

圖18：選擇G1為sink點(diǎn)

可以看到一個(gè)SINK已經(jīng)添加，名稱為“器件號(hào)_正端網(wǎng)絡(luò)名_負(fù)端網(wǎng)絡(luò)名”。設(shè)置電壓為1V, 電流40A。一定要點(diǎn)擊Apply按鈕使設(shè)置生效。

圖19：sink點(diǎn)設(shè)置結(jié)果

4.運(yùn)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(huì)開始仿真并在下方窗口顯示進(jìn)度欄。

圖20：運(yùn)行仿真

5.查看仿真結(jié)果

在PI_DC1流程右鍵選result查看結(jié)果。

圖21：查看仿真結(jié)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(jié)果

總結(jié)本文介紹了采用芯和半導(dǎo)體HermesPSI軟件進(jìn)行電源DC壓降仿真分析的整個(gè)流程。整個(gè)流程包含以下步驟：PCB版圖文件導(dǎo)入，選擇電源地網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建電阻模型，設(shè)置VRM及sense點(diǎn)，設(shè)置sink，運(yùn)行仿真并查看云圖。 通過(guò)大量不同場(chǎng)景的實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證，芯和半導(dǎo)體HermesPSI工具電源DC仿真精度和業(yè)界標(biāo)桿相比差異在0.5mV以內(nèi)，已經(jīng)獲得國(guó)內(nèi)外眾多客戶的信賴。

關(guān)于芯和半導(dǎo)體

芯和半導(dǎo)體是國(guó)產(chǎn) EDA 行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，提供覆蓋 IC、封裝到系統(tǒng)的全產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

芯和半導(dǎo)體自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 EDA 產(chǎn)品和方案在半導(dǎo)體先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)和先進(jìn)封裝上不斷得到驗(yàn)證，并在 5G、智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有效聯(lián)結(jié)了各大 IC 設(shè)計(jì)公司與制造公司。

芯和半導(dǎo)體同時(shí)在全球 5G 射頻前端供應(yīng)鏈中扮演重要角色，其通過(guò)自主創(chuàng)新的濾波器和系統(tǒng)級(jí)封裝設(shè)計(jì)平臺(tái)為手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)客戶提供射頻前端濾波器和模組，并被全球著名的半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)Yole列入全球IPD濾波器設(shè)計(jì)的主要供應(yīng)商之一(Dedicated IPD Filter Design House)。

芯和半導(dǎo)體創(chuàng)建于 2010 年，前身為芯禾科技，運(yùn)營(yíng)及研發(fā)總部位于上海張江，在蘇州、武漢設(shè)有研發(fā)分中心，在美國(guó)硅谷、北京、深圳、成都、西安設(shè)有銷售和技術(shù)支持部門。其中，濾波器業(yè)務(wù)擁有自有品牌 XFILTER，由旗下全資核心企業(yè)，上海芯波電子科技有限公司負(fù)責(zé)開發(fā)與運(yùn)營(yíng)。

原文標(biāo)題：【應(yīng)用案例】怎樣進(jìn)行“電源DC壓降仿真分析”?

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審核編輯：湯梓紅