隨著產品集成度的提高，PCB上各種型號芯片總功耗的增大，產品的電源供電設計變得越來越具挑戰性，如何快速把一個產品復雜的電源連接關系清晰地用圖形顯示出來（以下稱為“電源樹”、“PowerTree”），然后在電源樹上對數值進行輸入并共享給相關軟件調用將是產品硬件、PCB、PI仿真等人員非常感興趣的話題。本文以一個數據加速卡產品的某個電源為例，介紹使用Sigrity PowerTree軟件模塊抽取PCB中電源“電源樹”結構的過程，并對“電源樹”中的元件賦上相應的電壓、電流等參數后，最后在PowerDC仿真流程的對應模塊中無縫導入這些數據，最終發現這種提取及應用電源樹的方法非常便于模塊重用、編輯、正確性檢查及提高工作效率。

背景

PCB進行PI仿真分板時，有個必須的步驟是把不同電壓給不同元件供電時的數據整理出來，把這些元件及其對應的電壓、電流快速且準確地整理出來是一個耗時、耗力及需要耐心的工作。在獲得非常規范的原理圖原文件前提下，根據原理圖的電源結構及元件信息整理出這些數據不會很難，但一線的工程師都明白：絕大多數情況下PCB/PI工程師拿不到原理圖文件，只能在PCB文件或PDF格式原理圖上下功夫，再從這些“一般都不規范”的原理圖中整理出各電源與元件的連接關系及對應的電壓與電流值。

在PI仿真過程中尋求一種新的工具快速整理出電源與元件的連接關系，或讓最了解這方面的人提供這些數據是工程師們一直所追求的目標，這樣不但會使數據更有保障還可以提高工作效率。本文將描述一個具有此功能的工具（PowerTree）在一個高速產品上進行電源結構（以下稱：電源樹）的提取過程，并共享出其中的方法、思路及視頻。

電源樹提取方法

日常PI仿真工作中，整理元件及不同電壓下電流大小的方法時不同的公司在方法上會有差異，主要涉及到下面的幾類工作與方法：

方法1：根據客戶提供的材料，用手工畫出相應的電源結構，如下圖1所示。這個做法需要先了解PCB或原理圖再在后期手工輸出，后期畫結構圖會較耗時，且對梳理人員的各識技能有一定的門檻。

*數據來自《信號、電源完整性仿真設計與高速產品應用實例》第11章。

圖1 手工繪制產品包含的電源結構示意圖

方法2：使用EXCEL表格進行詳細整理，算出涉及到的各個元件及功耗的信息，如下圖2，這個過程也需要耗較長時間，數據需要與客戶確認，是最常用的方法。

*數據來自《信號、電源完整性仿真設計與高速產品應用實例》第11章。

圖2 手工整理數據并使用EXCEL顯示方式

方法3：在PCB上通過“高亮”網絡顯示，這類顯示較為直觀，為大多現行PI工程師用來察看網絡的連接情況時采用。

圖3 PCB電源與相關元件連接的顯示效果

本文提供的方法---使用PowerTree工具提取電源樹

使用Sigrity提供的PowerTree模塊，軟件自動提取網絡相連的全部元件且在新建的圖中獨立顯示，如圖4。與傳統方式對比有“耳目一新”的感覺。

圖4 使用PowerTree自動提取的整體效果

以上顯示了主要IC及用于中間連通的電阻、電感、磁珠等元件，還可以把此電源相連的電容也全部顯示出來，因為需要一個第三方網表即可生成這個圖形，因而這些工作可以由原理圖設計者對電容元件的模型、IC的電壓/電流等數據先進行前期的賦值，并把賦值后的文件保存，便于后面PI仿真時直接導入。

圖5 POWERTREE顯示電容賦模型及IC賦上電流值后的效果

實例應用體驗

對《信號、電源完整性仿真設計與高速產品應用實例》第11章的例子加入PowerTree的使用的內容后，發現PowerTree的解決的 “痛點”主要集中在如下的幾個方面：

1. 把一個項目的主要電源連接結構通過圖形化單獨顯示，非常直觀方便編輯

2. 在PI仿真階段前期，對應元件的工作電流及電源模型可以讓原理圖工程師在PowerTree上完成，后期在PI儲中直接調入，從而節省時間及減少錯誤

3. 通過PowerTree還方便為有相似的電源應用的項目提供參考

4. PowerTree中的元件可以根據需要增減并可分發給不同部門檢查

PowerTree與其它軟件模塊的數據關系圖

PowerTree數據與周邊的軟件模塊相互調用，對應的邏輯關系如圖6

圖6 POWER與其它模塊的數據關系

PowerTree提取過程

這里介紹PowerTree調入第三方網表的使用方法。根據PCB DESIGN HOUSE日常的工作經驗，很多情況下拿不到原理圖原文件，第一方網表也不易獲得，因而第三方網表最為適合。現在的EDA軟件基本都可以輸出PowerTree所需的第三方網表格式，因而PowerTree的使用可以應用到更多的EDA設計平臺。

注：這里的方法基于《信號、電源完整性仿真設計與高速產品應用實例》中11章的內容，使用PowerTree提取從PCIE金手指（U2處供電）到各元件（U36、U41、U44、U51）的電源樹結構。

注意點:鏈路中的N-ChannelMOSFET管（U39）需要設為直通類型及設置對應的導通電阻（通過查DATASHEET得到導通電阻0.014Ω）。

圖7 MOS管在12V鏈路中的連接情形

PowerTree使用過程簡單，主要步驟：。

a) 新建一個PowerTree

使用圖8 New Power Tree界面中的Allegro layout netlist file第三方網表選項

圖8 新建PowerTree界面及推薦選項

b) 后面只需根據軟件提供的界面流程一步一步操作（在此省略中間的步驟，可以參考軟件自帶HELP文檔，或在作者微信公眾號: amo_eda365上看相應的使用視頻），到圖9中的步驟把PowerTree上編輯的數據（Vrm、Sink、分立元件值或模型）后另存為pwt結尾的文件導入到PowerDC中。

圖9 PowerDC仿真考流程中PowerTree應用菜單

c)PowerDC中數據在Apply Power Tree按鈕進行數據無縫導入前后的效果比較圖。

圖10 Apply Power Tree前各IC的SINK數據待填入

圖11 Apply Power Tree后各IC的Sink對應數據已自動更新

可見這些PowerTree設置的數據可以在PowerDC仿真過程中被直接導入更新，這樣就大大提高了工作效率并減少出錯的機會。

結論

本文所用PowerTree工具導入第三方網表的方法適用性非常廣，可使用其它EDA設計平臺生成的第三方網表，并且把電源樹的關系及相關的電壓、電流值及賦模型工作在原理圖階段由不同的人完成。文章使用PowerTree功能模塊在實際項目PI仿真驗證發現PowerTree對于電源網絡的直觀性、易用性及效率提高方面都很出色。