【干貨大派送】ADS 2016:8 招助您高效應對 SI 和 PI 仿真挑戰(zhàn) —— 第 4 招

2016-11-22  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)



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全球領先的信號完整性(SIPro)和電源完整性(PIPro)解決方案,助力您更快速更準確的進行信號完整性(SI)和電源完整性(PI)仿真以及驗證,輕松應對 SI 和 PI 設計的挑戰(zhàn)。


SIPro 特點:

  • 更精準,更快速,更大規(guī)模的運算能力

  • 集成的 EM 電磁仿真技術

  • 電源感知信號完整性分析

  • 信號完整性與電源完整性統(tǒng)一的工作流程

PIPro 特點:

  • 直流 IR 壓降

  • 交流 PDN 阻抗

  • 電源平面共振

  • 去耦電容調(diào)整和電路級 VRM 建模


SIPro, PIPro 到底怎么用?有什么高招可以讓您更快地解決 SI 和 PI 的問題?讓我們?yōu)槟崂怼?


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第 4 招:PIPro 為用戶帶來動力



近年來,電源完整性(PI)已發(fā)展出自己的專門領域。簡而言之,其目的是確保系統(tǒng)中的集成電路獲得所需的電壓和足夠的電流,以便正確地工作。出發(fā)點是確定我們能否為有需求的集成電路(受電芯片)提供正確的直流電壓和電流。這個工作看起來非常簡單。然而電源完整性已成為現(xiàn)代高速系統(tǒng)中與日俱增的挑戰(zhàn),它主要受以下兩個方面的影響:


1、設備集成度更高,集成電路電源電壓更低

  • 電壓越低,每個器件引腳上需要的電流就越大 = 直流壓降越大

  • 電壓越低,對 DC-IR壓降控制的要求就越嚴,以保持芯片的 ±5% 典型電壓要求 = 允許的直流壓降更小。

  • 器件集成度越高,集成電路周圍的走線就越密集,從而導致電源網(wǎng)絡中的電流密度更高 = 直流壓降更大


2、小型化的要求導致PCB外形尺寸越來越小

  • PCB 上的狹小空間使得信號走線越加密集,沒有多少地方可用于寬敞的電源層。這樣的結果是,電源層和接地層都因其他網(wǎng)絡過孔周圍的避讓孔(反焊盤)變得破碎,孔洞很多。我們很容易就能看出,可供電流流動的路徑現(xiàn)在更細,因此,它的電阻較大 = 直流壓降也較大。


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過去,用筆記本進行計算就已經(jīng)足夠,但現(xiàn)代設計中,一個真正的 PI-DC 仿真器需要考慮到電源分配網(wǎng)絡(PDN)的實際物理布局以及材料的輸入,如過孔的電鍍厚度(因為過孔的金屬厚度對直流壓降計算有很大影響)。


在ADS 2016 中,EM 仿真器的新 PIPro 套件為此提供了完美的工具。有了專用的 PI-DC 仿真器之后,只需幾秒鐘的時間,用戶就可以看到可視化的準確反饋,掌握所選電源和接地網(wǎng)絡的電壓分布情況:


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設計人員希望更深入地檢查通過各個過孔的電流,并檢查具體位置(如受電芯片和 VRM 上的引腳)上的電壓和電流。這些信息很容易生成歸類的表格報告,承載過多電流的過孔可以在版圖中突出顯示以便識別??梢灶A料的是,通過過孔的電流過大會引起可靠性問題。功耗是很重要的指標,因為它會詳細說明多少功率在該位置上轉(zhuǎn)換成了熱能。在產(chǎn)品的使用周期中,過孔過熱(及斷電后的散熱)可能會導致過孔金屬鍍層開裂或斷裂。


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進一步看,在直流供電下,用戶通常要求設計的PDN電阻為低毫歐姆量級(例如 <100 毫歐姆)的。通過查看電流密度,找出電阻高的地方,能為如何更好地改進設計提供直觀的見解:


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電源芯片(電壓調(diào)節(jié)模塊,VRM)的布局是設計的關鍵,但這個布局可能不像我們想象的那么簡單。由于一個 VRM 為多個受電芯片(負載)供電十分常見,VRM 上可能有一條“感應線”,也就是從主 PDN 靠近受電負載端的反饋線。它為 VRM 提供輸出電壓水平的信息,以便對輸出電壓進行相應的調(diào)整。那么問題就變成了:


問:我如何檢查 VRM(有感應線)是否給最遠的負載芯片提供了足夠的電壓,卻沒有給最近的芯片提供太多電壓?


答:我們使用 PIPro自動生成原理圖來獲得 PDN 的 EM-精確模型,有了 VRM 和負載芯片的電路模型,我們能對 VRM 進行調(diào)諧,來相應地驗證已有的輸出電壓設置是否能滿足各負載芯片的要求。


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有了 PIPro,每個高速設計人員手頭就有合適的工具,可以對潛在的電源完整性問題進行分析。


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技術回顧

第 5 招:加速 DDR4 仿真方法

第 6 招:立于技術潮頭 —— PAM-4

第 7 招:業(yè)界領先的通道仿真器技術

第 8 招:S 參數(shù)瀏覽器/檢查器和SnP 元件


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敬請期待
第 3 招:平坦的阻抗響應:內(nèi)聚型工作流的收益



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