Siwave&Icepak
SIwave中文培训手册
高性能PCB 的SI/PI 和EMI/EMC 仿真设计目录1 现代PCB 设计面临的挑战.....................................................................................................1 2SI/PI 的基本概念，SI/PI 与EMI 的关系...............................................................................1 2.1 传输线...........................................................................................................................1 2.2 特性阻抗.......................................................................................................................1 2.3 反射系数和信号反射...................................................................................................2 2.4 截止频率.......................................................................................................................3 2.5 S 参数...........................................................................................................................3 2.6 电源完整性的定义.......................................................................................................4 2.7 同步开关噪声...............................................................................................................5 2.8 PDS 的阻抗以及目标阻抗的定义...............................................................................5 2.9 去耦电容.......................................................................................................................6 2.10 SI/PI 与EMI 的关系....................................................................................................7 3 PCB 前仿真——熟悉软件界面和基本操作.. (8)3.1 PCB 数据的导入和检查..............................................................................................8 3.2 预布局阶段的设计与仿真.. (13)3.2.1 层叠设计.........................................................................................................13 3.2.2 平面分割 (14)3.2.3添加去耦电容.................................................................................................14 3.2.4 仿真之前的参数设置.....................................................................................15 3.2.5 谐振分析 (16)4 布线后仿真 (18)4.1 PI 仿真： (18)4.1.1 谐振模式分析，退耦电容的作用.................................................................184.1.2 阻抗分析，阻抗和谐振的关系.....................................................................20 4.1.3 传导干扰分析和电压噪声测量，及其与谐振的关系.................................224.1.4 SSN 仿真（建议初学者跳过本节）.............................................................25 4.2 DC V oltage (DCIR) drop 仿真....................................................................................334.3 SI 仿真 (38)4.3.1 信号线参数抽取.............................................................................................38 4.3.2 TDR.................................................................................................................41 4.3.3 信号完整性与串扰仿真.................................................................................42 4.3.4 差分信号参数提取和眼图仿真.....................................................................494.4 PCB 的EMI 设计与控制. (52)4.4.1 PCB 远场辐射分析........................................................................................52 4.4.2 频变源加入（建议初学者跳过本节） (57)5 与机箱／机柜的协同设计.....................................................................................................59SIwave FAQ....................................................................................................................................61 Fo rZT Eo nl y,P le as edo n'tdi st ri bu te1 现代PCB 设计面临的挑战我们通过设计PCB ，把各种芯片整合在一起，来实现某种特定功能，这就是PCB 设计的主要任务。
SIwave电源完整性仿真教程【精选文档】
SIwave电源完整性仿真教程V1.0目录1软件介绍 (2)2。
1功能概述 (2)2。
2操作界面 (3)2。
3常用热键 (4)2仿真的前期准备 (5)2。
1软件的准备 (5)2。
2 PCB文件导入 (5)2。
2.1 Launch SIwave方式 (5)2。
2。
1 ANF+CMP方式 (5)2。
3 PCB的Validation Check (6)2.4 PCB叠层结构设置 (8)2.5仿真参数设置 (8)2。
6 RLC参数修正 (8)2。
6.1 RLC的自动导入 (8)2.6。
2检视自动导入的RLC默认值 (9)2。
6.3批量修改RLC值 (10)2。
6。
4套用大厂的RLC参数 (10)3 SIwave仿真模式 (12)3.1谐振模式 (12)3.2激励源模式 (13)3。
3 S参数分析 (15)4实例仿真分析 (16)4。
1从Allegro中导入SIwave (16)4。
2 Validation Check (16)4.3叠层结构设置 (16)4.4无源参数RLC修正 (16)4。
5平面谐振分析 (17)4。
6目标阻抗（Z参数）分析 (18)4.7选取退耦电容并添加 (19)4。
8再次运行仿真查看结果 (20)5问题总结 (21)5。
1 PCB谐振的概念 (21)5.2为何频率会有实部和虚部 (21)5。
3电容的非理想特性影响 (22)5。
4地平面完整与回流路径连续 (23)5。
5电源目标阻抗 (23)1软件介绍2。
1功能概述Ansoft SIwave主要用于解决电源完整性问题，采用全波有限元算法,只能进行无源的仿真分析.Ansoft SIwave虽然功能强大,但并非把PCB导入，就能算出整块板子的问题在哪里。
还需要有经验的工程设计人员，以系统化的设计步骤导入此软件检查PCB设计.主要功能如下：1。
计算共振模式在PDS电源地系统结构（层结构、材料、形状）的LAYOUT之前，我们可以计算出PDS电源地系统的共有的、内在的共振模式.可以计算在目标阻抗要求的带宽或更高的带宽范围内共振频率点.2。
（）SIwave.基础操作详解（三）：仿真篇（精）
3. 运行仿真(Running a Simulation)3.1 SIwave仿真在SIwave中运行仿真包含以下几个步骤：▪设定SIwave全局仿真选项▪计算共振模式▪计算频率扫描▪计算S-,Y-,Z-参数▪运行近场仿真▪运行远场仿真▪运行DC仿真当计算S-,Y-,Z-参数完成后，你也可以执行下面的操作▪计算差分S-,Y-,Z-参数▪计算全波子电路▪计算RLGC子电路3.1.1 设定SIwave全局仿真选项SIwave的一些参数可以设置成全局的，用来配置所有的仿真类型。
这些全局参数包括：图形选项、解析器设置、网格优化设置图形选项1. 点击Simulation>SIwave>Options2. 指定Plane Void Meshing选项，这里既可以让SIwave自动的确定网格的空间的尺寸，也可以指定一个最小值来设置最小的网格尺寸，小于这个尺寸的区域，不会生成网格3. 指定Coupling选项，默认情况下，Coplane、Split-Plane和Trace耦合选项都会被勾选•勾选Coplane复选框可以使能走线和相邻平面边缘之间的耦合，这个选项提供了一个走线和平面之间的串扰模型，当平面边缘和走线平行时，平面边缘上的信号会耦合到走线上，当走线和平面边缘重叠的时候，仅仅考虑所在的区域的的耦合。
要注意的是，当走线和平面的边缘彼此倾斜或不重叠时，就认为没有耦合，进一步说，在很短的一段走线或很短的一段平面边缘上，SIwave会忽略其上面的耦合，不管他们之间的距离有多近•勾选Intra-plane复选框后，在求解AC和DC时会执行内部平面耦合。
在低频时，当集肤深度变得比平面的厚度大时，内部平面耦合通过金属平面产生。
它提供了更精确的低频解析，但解析器会耗费更多的内存和CPU。
当作高精度的低频分析时，这个选项是非常有用的。
例如在做扫描或生成FWS模块时•勾选Split-plane复选框，用于相邻平行平面边缘之间的耦合。
siwave电源隔离度仿真
siwave电源隔离度仿真SiWave是PCB设计中常用的电磁兼容性（EMC）仿真工具，其主要用于评估和改进电路板的信号完整性。
在电磁兼容性设计中，电源隔离度是一个重要的考虑因素。
电源隔离度是指在同一电路板上，不同功能模块之间电源之间的电磁隔离程度。
本文将介绍SiWave电源隔离度仿真的一般方法以及相关参考内容。
首先，SiWave电源隔离度仿真需要准备以下内容：1. 电路板设计图纸：包括电源电路和其他功能模块的布局和连线图。
2. 设备和网络模型库：根据设计需求，选择和导入合适的设备和网络模型。
3. 材料参数：输入电路板上使用的材料的参数，如介电常数、导电率等。
SiWave电源隔离度仿真的一般步骤如下：1. 创建项目：打开SiWave软件，创建一个新的项目。
2. 导入板级布局文件：将电路板设计图纸导入到SiWave中，建立电路板的几何模型。
3. 定义材料参数：根据电路板上使用的材料类型和参数，定义材料的介电常数、导电率等。
4. 添加设备模型：根据设计需求，选择合适的设备模型，如电源模型、电源滤波器模型等。
将设备模型添加到仿真项目中。
5. 连接网络：根据电路板的布局和连线图，用线段和组件连接电源和其他功能模块。
通过设置适当的连接参数，如线段的长度和阻抗等，来模拟实际的电路连接。
6. 设置仿真参数：选择仿真类型（如频率域或时域），设置仿真的频率范围和步长等参数。
7. 运行仿真：运行仿真，SiWave会根据设定的仿真参数对电路进行模拟计算，并输出相关的电压、电流等仿真结果。
8. 评估隔离度：根据仿真结果，评估不同功能模块间的电源隔离度。
可以通过观察电压和电流的分布、信号完整性等指标来评估电源隔离效果。
9. 优化设计：根据仿真结果，分析不足之处，进行电路板布局优化、添加滤波器、调整电源布线等操作，以提高电源隔离度。
在SiWave电源隔离度仿真中，可以参考以下内容：1. SiWave用户手册：SiWave提供了详细的用户手册，包括软件的安装使用方法、项目创建、模型库导入、仿真设置、结果分析等方面的内容。
SIwave电源完整性仿真教程
SIwave电源完整性仿真教程目录1软件介绍 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
功能概述................................................................................................... 错误!未定义书签。
操作界面................................................................................................... 错误!未定义书签。
常用热键................................................................................................... 错误!未定义书签。
2仿真的前期准备............................................................................................ 错误!未定义书签。
软件的准备............................................................................................... 错误!未定义书签。
PCB文件导入 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
Launch SIwave方式........................................................................ 错误!未定义书签。
siwave信号完整性仿真 流程
siwave信号完整性仿真流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1. 创建模型，导入或创建需要分析的电路板设计。
Siwave的三种仿真模式
Siwave的三种仿真模式：3.1 谐振模式：选择菜单“Simulation\Computer Resonant Modes…”弹出以下窗口：选择要仿真的谐振频率范围，以及仿真的谐振点数，按OK。
弹出以下运行窗口：运行结束后，弹出下面的窗口：拉开两个“-----NULL------”指示条，选择谐振的平面。
如下图：选择某个频点，按Computer键，上图下半部分的窗口出现谐振平面列表，选其中一行，按下面“Phase Ani mation”，弹出以下窗口：按“Generate Frames”，在Frames栏出现从0~360度的相位值，同时在Siwave 主窗口的出现谐振的幅度和位置。
在窗口的左边还有谐振幅度的比例。
Siwave是通过色彩的变化来表示谐振幅度的大小的，当局部的颜色变红或蓝色时，表示谐振的幅度达到设定的谐振幅度的最大值。
颜色表示的幅度范围是可以修改的。
点击左边的颜色值条，弹出下面窗口，最大缺省值是1V，最小缺省值为-1V，选择“User Defined”,输入最大最小值即可。
在颜色最红或最蓝的地方表示谐振幅度最高，可以根据谐振频率加电容。
公司主要电容的参数如下：3.2 激励源模式：用这种模式时，在激励源处放电压源，在需探测处放电压探针。
如图示：按图标可以查看所有无源器件及探针的信息：选择菜单“Simulation\Computer Frequency Sweep…”弹出以下窗口：选择扫描频率的范围及计算的点数，以及仿真层面，按OK。
最后弹出一个新窗口：显示出在电压源激励下，探针测量的电压值。
选择不同的地方放置电压源，和电压探针，可以测量各处的电压波动。
3.3 S参数：用Siwave可以计算端口的S参数，在关注的位置增加端口，如图示：按图标可以查看所有无源器件及端口的信息：选择菜单“Simulation\Computer S-，Y-，Z-parameter…”弹出以下窗口：选择扫描频率的范围及计算的点数，按OK。
SIwave中文培训手册
高性能PCB的SI/PI和EMI/EMC仿真设计目录1现代PCB设计面临的挑战 (1)2SI/PI的基本概念，SI/PI与EMI的关系 (1)2.1传输线 (1)2.2特性阻抗 (1)2.3反射系数和信号反射 (2)2.4截止频率 (3)2.5S参数 (3)2.6电源完整性的定义 (4)2.7同步开关噪声 (5)2.8PDS的阻抗以及目标阻抗的定义 (5)2.9去耦电容 (6)2.10SI/PI与EMI的关系 (7)3PCB前仿真——熟悉软件界面和基本操作 (8)3.1PCB数据的导入和检查 (8)3.2预布局阶段的设计与仿真 (13)3.2.1层叠设计 (13)3.2.2平面分割 (14)3.2.3添加去耦电容 (14)3.2.4仿真之前的参数设置 (15)3.2.5谐振分析 (16)4布线后仿真 (18)4.1PI仿真： (18)4.1.1谐振模式分析，退耦电容的作用 (18)4.1.2阻抗分析，阻抗和谐振的关系 (20)4.1.3传导干扰分析和电压噪声测量，及其与谐振的关系 (22)4.1.4SSN仿真（建议初学者跳过本节） (25)4.2DC V oltage (DCIR) drop仿真 (33)4.3SI仿真 (38)4.3.1信号线参数抽取 (38)4.3.2TDR (41)4.3.3信号完整性与串扰仿真 (42)4.3.4差分信号参数提取和眼图仿真 (49)4.4PCB的EMI设计与控制 (52)4.4.1PCB远场辐射分析 (52)4.4.2频变源加入（建议初学者跳过本节） (57)5与机箱／机柜的协同设计 (59)SIwave FAQ (61)1 现代PCB 设计面临的挑战我们通过设计PCB ，把各种芯片整合在一起，来实现某种特定功能，这就是PCB 设计的主要任务。
所以，从某种意义上讲，PCB 主要的作用是系统功能的承载体。
从电性能的角度来看，PCB 主要有三个部分的电性能特点，首先是实现信号的传输，也就是通过PCB 把信号从一个芯片传输到另外一个芯片，显然PCB 是信号传输的通道，PCB 设计的好坏显然会影响信号传输的性能；PCB 的另外一个功能是实现电源的分配，因为所有芯片的电源供给都需要通过PCB 从电源模块上取得的；PCB 设计的最后一个功能是控制EMI/EMC ，也就是将PCB 对外界的电磁能量干扰控制在可接受的范围内。
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1
在PCB设计中，由于平面层的分割，不理想的电流路径和各种过孔、信号线的分布，流响过真析
电源网络的直流供电常常受到影响。
通过DCIR drop仿真可以更好的分析和控制直
流供电网络的性能。
首先打开文件DC_voltage_drop.siw，如上图：
打开后，首先检查PCB的重要信息是否完整，包括: board geometry, stack up, nets, and circuit elements
点击菜单Edit‐> Layer Stack(Crtl+L). 打开Layer stack 窗口检查层叠信息.
打开Nets Tab 显示所有的网络
点击菜单Edit ‐> Circuit Element Parameters. 显示器件和端口激励等信息
生成Sources 和Sinks：
执行直流压降仿真，需要首先定义电压源和电流负载。
通常，定义在电源模块VRM和IC芯片处。
这里我们手工定义电压源和电流负载。
通常我们在Layers窗口, 仅显示SURFACE layer。
点击菜单Edit‐>Select‐>Board Element，然后在坐标（x:‐1400; y:‐1000）处选中器件U2，使其高亮，如上图
点击菜单Circuit Elements‐>Generate on components，弹出如左窗口：
按图中所示设置，然后点击Create，在U2的VCC和GND之间生成Current
Source，并在Set Current Source Properties窗口中设置如右：
Select Frequency Independent
Magnitude: 1 Amps
Parasitic Resistance: 5e+07
Phase:0 degrees
Click OK
生成Current Source完毕，即在器件U2的每个VCC pin上定义了一个1A电流的
sink（接收端）
8
设置好Sink后，再放置Source。
为了显示VRM的位置，我们先改变网络颜色，在Nets Tab‐> VCC‐> 鼠标右键‐> Change Net Color ‐> Red，将VCC改为红色
，Nets Tab ‐> GND ‐> 鼠标右键‐> Change Net Color ‐> Green，将GND改为绿色
菜单View ‐> Top‐Down View, 点击菜单Circuit Elements‐>Voltage Source，然后将电压源的正极放在SURFACE层，坐标（x:2800; y:‐1950）；负极放在SURFACE 层，坐标（x:2800; y:‐2150），然后定义电压源层如下：
Positive Terminal Layer选择Surface
Negative Terminal Layer选择Surface
定义电压源属性如下：
选择Frequency Independent
Magnitude: 1.8 Volts
Parasitic Resistance: 1e‐08
Phase:0 degrees
电源内阻很小
菜单Edit Circuit Element Parameters to 检查我们设置的电压源和电流负载
12
定义好Source和Sink后，就可以开始仿真：点击菜单Simulation‐>Compute DC Current/Voltage
设置直流压降仿真的参数：
Compute DC Current and Voltage Distribution 定义网格剖分
格剖
选择剖分bonding wire和Via会提高精度，但是会造成仿真速度下降.
Perform Adaptive Mesh Refinement. 设置自适应网格剖分和加密。
一
般选择minimum of 1 and maximum 5 降低精度，快速得到仿真结果；
选择minimum of 3 and maximum of 8 –10 可以得到更精确的结果。
也
可以改变收敛判据来加速仿真或者获得更精确结果
注意选择VRM的负极为接地.
输出功率损耗到ICEpak热仿真
选择Export Power Dissipation to Ansys Icepak
Min Thermal Cell Size:3mm
Min Power Loss Per Cell: 0.05 milliwatts
Click OK.
当仿真结束，输出功率损耗结果(.OUT) ，Icepak将会读取如下路径的损耗文
件:
\01_7_DC_voltage_drop.siwaveresults\0000\dcthermal
15
仿真结束后弹出下面的窗口，在DC Current/Voltage Plot Visibility 窗口，当电压和电流密度都选取时，不会显示梯度，当分别显示时，才才可以显示梯度。
将其它框内钩选项取消，仅保留VCC层的电压分布图：
17
为了更好的用颜色梯度来显示电压分布：
点击屏幕左侧的Color Scale彩条，在弹出的Edit Color Scale窗口中设置如下，即可方便地观察到PCB上的电压分布情况；
选择User Defined. 改变maximum to 1.8 V，the minimum to 1.77 V
then OK.
移动鼠标时，系统也会实时显示光标所在点的电压值：
同样方法可以观察到PCB上电流的分布情况：
选择VCC层的Current Density，不选Voltage.
改变scale to Logarithmic‐> OK.
移动鼠标时，系统也会实时显示光标所在点的电流密度(A/m2).
除了从图形上直观的看到电压和电流的分布，点击菜单Results‐>DC Solution‐>Element Data，可以在如下窗口中得到详细的电压电流分布参数：
打开ANSYS ICEpak.13,选择new新建一个工程。
IDF Import
导入事先提供的.bdf文件。
这个文件可以从第三方的PCB Layout输出得到。
如果本机安装有最新版本的Cadence PCB或封装设计工具，可以直接导入Cadence 格式(.brd and .mcm)，而不必选择IDF文件。
模型导入，导入发热器件
按照默认设置next，直至finish
Icepak导入PCB的结果
导入导体布线
器件和布局已在导入IDF时完成；
PCB的散热与板上金属导体分布有关，因此需要导入布线信息，导入.bool文件。
如果能够在上一步直接导入.brd文件，这一步可以省略。
.bool文件是Icepak导入.brd时声称的中
间文件，这里仅仅为了在没有candence工具时，协助完成整个流程.
如果使用其他PCB设计工具，也可以导入使用Ansoft_Links导出其他任意PCB工具得到的.anf Ansoft Links anf 文件,有关AnsoftLinks支持的PCB格式，请参见http://
确认导入的PCB层叠中为“mil” 单位
导入整个布线后的版图
从SIWave导入焦耳热分布，确保所有文件“All files”被打开, SIwave生成的“.out” 文件
生成Assemblies
重复其它层:从SIWave导入焦耳热分布，包括VCC,GND 和Surface
在导入三层的热分布后，浏览
在导入三层的热分布后，浏览一下导入的热源。
Model‐>Power and temperature import，然后…
输入器件的功耗。
这里可以一个个输入，也可以编辑一个文件导入。
器件热耗导入
模型设置：展开cabinet，设置PCB周围空气流动区域大小。
单位：meter
Start/end: xS:‐0.125 xE:0.125
yS:‐0.1105 yE:0.06
zS:‐0.025 zE:0.025
定义气流边界：
1，选择cabinet
2, 编辑cabinet
3，定义气流的极限值
定义气流的极限值：X轴方向1m/s
生成assembly：
1，选择所有的器件和电源层
2，Y轴侧视图，按住shift选择box
3，鼠标右键‐>create Assembly
如图设置非均匀网格参数。
有关这些参数的详细含义，请参见ICEpak高级教程。
有数含请高教
生成网格，按照默认设置。
生成网格
求解器设置：双精度设置
开始仿真
结果后处理：PCB板温度信息。
在non‐confirmal选择Board_outline1，右键create object face‐>separate。
截面风速信息：如图选择plan cut, 设置Y方向截面，生成风速信息。
如何评估Siwave引入的焦耳热对温度的影响?
可以简单的不使能导入的焦耳热源：在模型中shift复选中top,VCC和GND平面，右键单使能焦在模中中
‐>Deactive。