電源完整性基礎(chǔ)知識(shí)

1、電源完整性基礎(chǔ)知識(shí)-問：你能否扼要地解釋什么是擴(kuò)散電感（spreading inductance）？答：簡(jiǎn)單地說，當(dāng)電流從狹小的腳線或過孔擴(kuò)散到平面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散電感。問：你如何確定哪種電容值？答：這是個(gè)好問題。通常情況下，你需要一系列的值：較大的電容提供低頻低阻抗，同時(shí)以大量較小的、低電感電容提供高頻低阻抗。問：在阻抗要求方面是否有一定的規(guī)則？答：PDN 的目標(biāo)阻抗是“非常低”。我們?cè)谘菔局杏懻摿诉@個(gè)問題。問：我的設(shè)計(jì)是否需要 PI 仿真，我如何可以確定？答：很好的問題。必須執(zhí)行 PI 分析的典型設(shè)計(jì)特征有：分割/分段平面、高電流要求、無法遵循制造商的去耦設(shè)計(jì)指導(dǎo)以及需要降低成本。問：這也許

2、是一個(gè)有關(guān) SI 的問題。線路最好是關(guān)聯(lián)到頂部接地層及底部分隔電源層，還是關(guān)聯(lián)到頂部及底部的兩個(gè)接地層？答：這是一個(gè)有關(guān) SI 的問題，不過我將回答這個(gè)問題。:- 實(shí)際上，這個(gè)問題同樣涉及到 PI。簡(jiǎn)單地說，你應(yīng)從頭到尾均保持緊密的關(guān)聯(lián)。因此，如果你將接地和轉(zhuǎn)換電路關(guān)聯(lián)到另一個(gè)層，那么其他線路也應(yīng)關(guān)聯(lián)接地。此外，轉(zhuǎn)換過孔旁邊應(yīng)設(shè)一個(gè)縫合過孔，以便讓返回的交流電流從一個(gè)接地層跳至另一個(gè)接地層。問：在根據(jù)預(yù)計(jì)負(fù)載向 PDN 增加大電容方面，有沒有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則？答：配電網(wǎng)（PDN ）的大電容是根據(jù)阻抗要求確定的。不過，通常情況下一個(gè)大電解電容已能滿足大部分低頻阻抗要求。問：焊盤內(nèi)通孔與焊盤外通孔的模

3、型是否不一樣？問：在進(jìn)行 PI 時(shí)是否需要進(jìn)行 IC 建模？答：對(duì)于直流壓降分析，你需要將 IC 當(dāng)作電流槽來建立模型。問：人們將電源層設(shè)置在中間，這樣做有什么原因嗎？答：電源層設(shè)置在最靠近電容的位置時(shí)最有效。不過，這只是設(shè)計(jì)壓板時(shí)其中一個(gè)選擇。HyperLynx PI 可將電源層放置在中間以及放置在頂部或底部的情況進(jìn)行量化比較，從而讓你進(jìn)行權(quán)衡選擇。問：當(dāng)你提到“整片平面”（solid plane）時(shí)指的是什么？我們很多時(shí)候都有共用電源層，上面加載了一種以上的電壓。A. 整片平面只是說它不包含線路或敷銅導(dǎo)線。共用電源層當(dāng)然需要進(jìn)行仿真（實(shí)際上，它們是需要采用電源完整性分析工具的主要原因之一）

4、。問：在設(shè)計(jì)雙面電路板時(shí)，我們通常無法承受在大型 BGA 設(shè)備腳線位置去耦的成本。在選取電容器值方面，去耦層與局部去耦之間有沒有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則？答：電容值的選取是以在一個(gè)廣泛的頻率范圍內(nèi)維持較低阻抗為依據(jù)（通常是每十個(gè)值選一個(gè)）。電源平面在較高頻率時(shí)起作用，同時(shí)根據(jù)其配置的不同，這可以幫助去除一些較低值的電容（例如 0.01uF 或者 0.1uF）。問：在考慮PCB+封裝+芯片全套系統(tǒng)時(shí)，PCB 上的去耦電容是在較低頻率還是在較高頻率時(shí)導(dǎo)致共振？答：如果與芯片去耦相比，則是在較低頻率時(shí)會(huì)導(dǎo)致共振。封裝及腳線寄生效應(yīng)（主要是電感）將芯片與電路板隔離，因此電路板只有在大約 1 GHz 以上的頻段才起

5、作用。問：典型的 IBIS 模型是否包括功耗特點(diǎn)，即可用于電源完整性分析的特點(diǎn)？答：沒有。IBIS 尚未配備允許進(jìn)行電源完整性建模的基礎(chǔ)信息。問：在使用磁珠時(shí)，將模擬和數(shù)字供電層與芯片分離是否有幫助？答：這是個(gè)充滿爭(zhēng)議的話題。這基本上可歸結(jié)為在試圖隔開噪聲和降低芯片的電源供應(yīng)（結(jié)果產(chǎn)生更多的本地噪聲）之間進(jìn)行權(quán)衡。問：如何測(cè)量 PDN 的高頻阻抗和高頻電感？答：這正是去耦分析的目的。在實(shí)驗(yàn)室中可以采用 VNA 進(jìn)行測(cè)量。問：我聽說過有關(guān)不鼓勵(lì)在一個(gè)設(shè)計(jì)中使用各類尺寸去耦電容的理論和報(bào)告，因?yàn)椴灰粯拥臅r(shí)間常數(shù)會(huì)產(chǎn)生電容間的環(huán)路噪聲。答：這個(gè)說法很有意思。我想我需要閱讀相關(guān)的報(bào)告才能評(píng)價(jià)這個(gè)說法是

6、否正確，不過我很少聽說到這個(gè)說法。我想，大部分人會(huì)同意（通過仿真及測(cè)量）一點(diǎn)，就是使用一些不同的電容值是組成低阻抗 PDN 的最有效方法。HyperLynx 電源完整性功能-問：HyperLynx 是否建議和指出放置去耦電容的位置？答：是的。你可以在 LineSim 中使用假設(shè)（what-if ）分析進(jìn)行確定。問：是否有任何不被識(shí)別的技術(shù)，即針對(duì)層的技術(shù)、奇數(shù)層壓板等等？答：AC 分析的唯一一項(xiàng)特殊要求是你需要有整片平面。整片平面是指未敷銅或不包含線路。部分平面/分割平面當(dāng)然是支持的。問：HyperLynx PI 是否也會(huì)突顯熱點(diǎn)？答：是的。這一點(diǎn)將在直流壓降網(wǎng)上研討會(huì)中討論，網(wǎng)址是備注：20

7、09年12月16日后，請(qǐng)?jiān)谝韵戮W(wǎng)址觀看存檔的網(wǎng)上廣播，Q. 對(duì)于在特定位置上使用平行電容的多個(gè)值的情況，HyperLynx 能否處理？例如 10uF + .1uF + 10pF？答：完全可以。HyperLynx PI的用途非常廣泛。問：HyperLynx 能否預(yù)測(cè) PWM 調(diào)節(jié)器電路開關(guān)節(jié)點(diǎn)附近的強(qiáng)電流開關(guān)噪聲所導(dǎo)致的磁耦合？答：有意思的問題。這取決于耦合機(jī)制。如果你指的是通過 PDN 的耦合，那么回答是肯定的，該功能已包含在內(nèi)。問：我們能否將連同不同平面的磁珠與平面包含在一起分析么？答：可以，磁珠可以包含在分析中。問：我們能否將特定的電源層包含在內(nèi)，而不包括整個(gè)電路板？答：我們可以每次在一條

8、軌道上執(zhí)行電源分析。如果你只需要查看特定電伏軌道上的幾個(gè)層的效果，那么你可以使用 LineSim 的假設(shè)分析（what-if ）功能。問：HyperLynx 能否計(jì)算出頻率包含終端供電模型的終端電阻的阻抗？答：可以。問：仿真能否同時(shí)涵蓋自身產(chǎn)生的噪聲以及外部耦合噪聲？答：可以。問：HyperLynx 是否仿真分割層效果？答：如果相關(guān)問題是與電源完整性分析有關(guān)，那么回答是肯定的。如果你說的分割層是指參照 SI 或 EMC 分析的分割參考層，那么答案是否定的。我建議：a ）不使用分割層作為參考層，或者 b）看一下 QUIET Expert.，網(wǎng)址是HyperLynx PI 操作問題-問：如何查看工

9、具計(jì)算出來的總體安裝電感？HyperLynx 是否將安裝電感和電容固有的 ESL 區(qū)分開來？我傾向于不理會(huì)后者，因?yàn)榘惭b電感起支配作用。答：很好的問題。在去耦向?qū)е羞M(jìn)行“快速分析”后即可查看安裝電感。ESL 和安裝電感可以分別輸入，兩者在工具中是區(qū)分開來的。問：提供 HL 格式模型的供應(yīng)商只有幾家。你們有計(jì)劃讓更多供應(yīng)商加入嗎？答：電容模型的格式實(shí)際上是通用的。S-參數(shù)、SPICE 模型以及簡(jiǎn)單 RLC 模型全都可以在 HyperLynx 中使用。問：該模型是否包含過孔通過平面轉(zhuǎn)換的耦合？答：是的，這是該模型最重要的部分之一，是包含在內(nèi)的。問：如何輸入電容器相關(guān)信息？我們能否根據(jù)零件編號(hào)輸入模

10、型，或者我們需要輸入某個(gè)模型，然后手動(dòng)將其與仿真的各個(gè)零件進(jìn)行關(guān)聯(lián)？答：電容器模型是將類似的電容器分組加以應(yīng)用，而各組別則是默認(rèn)分配的。你可以將模型分配給個(gè)別電容器或各組電容器，必要時(shí)還可以將各組電容器重新分組。問：HyperLynx 使用哪些類型的電容器模型，時(shí)間變量呢？可以定制嗎？答：S-參數(shù)、SPICE 模型以及簡(jiǎn)單 RLC 模型全都可以在 HyperLynx 中使用。是的，可以定制。問：HyperLynx 是否為“低電感”電容器（例如4終端電容器）配備了模型？答：我們可以為這些電容器建立模型。問：HyperLynx 如何計(jì)算安裝寄生效應(yīng)？或者我們需要在 HyperLynx 以外建立模型

11、？答：HyperLynx 根據(jù)電路板布線數(shù)據(jù)計(jì)算安裝寄生效應(yīng)。問：我在操作 HyperLynx 的時(shí)候碰到一個(gè)問題，就是如何正確地建立噪聲源的模型，以便讓工具產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果，具體來說就是建立 DDR2 接口噪聲環(huán)境的模型。工具能否提供一些建議，用于噪聲源的模型，這樣產(chǎn)生的結(jié)果將更加實(shí)際可行？答：大部分客戶可以直接從其集成電路制造商那里獲取軌道牽拉信息，或者從電路板測(cè)量得到這些信息。問：在進(jìn)行電源完整性分析時(shí)，HyperLynx 是將電源作為一個(gè)理想狀態(tài)下的模型進(jìn)行計(jì)算，還是會(huì)計(jì)算來自電源的所有干擾？答：你可以使用 VRM 的簡(jiǎn)單模型或復(fù)雜模型。問：HyperLynx 分析能否用于確定大電容的值

12、/配置？答：可以。問：能否在 LineSim 中規(guī)定電源平面的形狀（尺寸）？答：可以。問：如果我疊加了 2“圓”過孔，從而在電路板上產(chǎn)生一個(gè)偽“長(zhǎng)橢圓形”過孔，這可以進(jìn)行分析嗎？答：長(zhǎng)橢圓形過孔并不存在 我想你說的是隔離環(huán)。如果是隔離環(huán)的話是可以進(jìn)行分析的。問：HyperLynx 如何處理/理解電壓敏感線？它能否被當(dāng)作 VRM 模型的一部分包含在內(nèi)？問：該工具是否處理多板或板+封裝等情況？答：它一次只能仿真一個(gè)電路板。事實(shí)上，我不確定它在仿真多板情況方面是否非常有價(jià)值或非常實(shí)用，因?yàn)橄嚓P(guān)的連接器/封裝電感有效地隔離了兩個(gè)板的電源域，因?yàn)檫@樣才能更好地每次仿真一個(gè)電路板。問：對(duì)于將電源層設(shè)置在頂

13、部和底部，并將信號(hào)層設(shè)置在中間，你對(duì)此有任何意見嗎？答：電源層設(shè)置在最靠近電容的位置時(shí)最有效。不過，這只是設(shè)計(jì)壓板時(shí)其中一個(gè)選擇。HyperLynx PI 可將電源層放置在中間以及放置在頂部或底部的情況進(jìn)行量化比較，從而讓你進(jìn)行權(quán)衡選擇。問：在 LineSim 中，你是否定義電源平面的形狀（以及疊層結(jié)構(gòu)）？答：可以。問：HyperLynx 如何預(yù)測(cè)不斷變化、轉(zhuǎn)換的處理器/FPGA 的負(fù)載？換言之，處理器時(shí)鐘速度也許不會(huì)改變，但處理負(fù)載“頻率”會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的變化。答：PDN 分析針對(duì)的是 PDN 本身。你描述的現(xiàn)象也許與 PDN 分析的“目標(biāo)阻抗”計(jì)算有關(guān)（你將結(jié)果與其進(jìn)行比較）。你應(yīng)當(dāng)使用最

14、壞的條件來計(jì)算目標(biāo)阻抗。HyperLynx PI 的準(zhǔn)確性-問：有沒有任何案例研究顯示實(shí)際產(chǎn)品測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果的比較？比方說在任何 CAD 數(shù)據(jù)真正可用之前，在 LineSim 中試圖建立一個(gè) BGA 模型？問：在證明 HyperLynx PI 準(zhǔn)確性的論文中，Bogatin 博士提及過它 它用于消除測(cè)量和探查假象。問：有沒有一種儀器可以通過測(cè)量來驗(yàn)證 PDN 高頻阻抗的仿真？問：我一直使用 SPICE、S-參數(shù)以及簡(jiǎn)單模型來建造電容器，并且使用 PI 工具來對(duì)其進(jìn)行仿真和測(cè)試 結(jié)果非常吻合。答：謝謝！針對(duì)幻燈片的問題-問：你似乎生成了阻抗分布圖的 Z11 曲線為什么不用 Z21 作為示例？

15、答：Z11 是 PDN 在該位置的阻抗 這正是我們所要的。問：謝謝你的介紹。我想建議你解釋如何使用 HyperLynx PI 來執(zhí)行各類計(jì)算（如何找到正確的電容值和數(shù)字），而不只是說相關(guān)工具可以計(jì)算出來。答：很好的建議。請(qǐng)注意，這些演示可以在網(wǎng)上獲取，網(wǎng)址是問：對(duì)于噪聲分析，我們?nèi)绾谓⒎庋b和 IC 寄生效應(yīng)的模型？答：噪聲分析是在電路板層面進(jìn)行的。分析中所用的噪聲源就是出現(xiàn)在 IC 的電源腳線位置。針對(duì)幻燈片的問題（續(xù)）-問：有沒有任何計(jì)劃令 IC 略圖導(dǎo)入 LineSim 成為可能？比方說，我有一個(gè) BGA，我希望將電流槽模型分配到不同的腳線。如果能將略圖導(dǎo)入至 LineSim，并且分配電

16、流槽模型和采用合理的預(yù)測(cè)電源層仿真 PDN，這樣就非常方便了。這也許是一項(xiàng)非常實(shí)用的附加功能。它可以幫助提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，這比簡(jiǎn)單化的 VRM/電流槽模型好多了。答：很好的建議。請(qǐng)注意，從 BoardSim 執(zhí)行導(dǎo)出操作時(shí)，所有電源腳線都被引入 LineSim 。問：Z 分析是否計(jì)算配電銅材形狀的阻抗/電感并將其列入為重要考慮因素？答：是的。問：在 Ztarget 計(jì)算示例中，你在計(jì)算中使用了整個(gè)5%。你不應(yīng)當(dāng)減去電源供應(yīng)的輸出公差嗎？還有，電源供應(yīng)的輸出波紋呢，難道不應(yīng)當(dāng)也將其考慮進(jìn)去嗎？答：是的，你說的非常對(duì)。對(duì)于直流壓降（DC Drop），這一點(diǎn)尤其重要。授權(quán)及支持-問：HyperLynx

17、PI 是不是原版 HyperLynx 的一個(gè)子集？答：HyperLynx PI 使用相同的圖形用戶界面，但可以和 HyperLynx SI 分開購(gòu)買。問：HyperLynx 8.0 版是不是只提供直流壓降功能？答：直流壓降、AC 分析、模型析取以及聯(lián)合仿真，還有一些 SI 功能全都包含在 HyperLynx 8.0 版中。問：支持哪些 PCB 文件格式？答：HyperLynx 支持所有主要的布線工具。問：LineSim 是否提供演示版？答：如果你有興趣的話，我們可以為你建立一個(gè)評(píng)估授權(quán)。問：8.0 版是否提供 AC 分析工具？答：是的，它們包含在 LineSim 中。問：有沒有多個(gè)版本的 PI？答：我們針對(duì)不同類型的分析提供多項(xiàng)不同的 PI 軟件組合，它們同時(shí)涵蓋 DC 和 AC 。問：PI-SI-時(shí)序聯(lián)合仿真的情況是怎樣？答：這是擁有 HyperLynx SI 客戶的另一個(gè)可用選項(xiàng)。 Page 14: 1 Deleted MGC 4/9/2010 1:54:00 PM(DO N