基于Cadence的电源完整性仿真步骤

基于Cadence的电源完整性仿真步骤

1、设置电路板的参数

用PI模式打开要仿真的电路板，仿真其CPU_1.8V电源平面的完整性。

1.1调用设置向导

在PI中选择“Analyze”—>“Power Integrity”出现提示对话框，点击“确定”后出现设置向导窗口。

1.2板框（Board Outline）

点击“Next”进入设置向导里的“Board Outline”窗口

PI需要一个板框来进行布局和电源平面提取。如果板框不完整或不存在，则上图右上角会有信息提示。

1.3Stack-up设置

点击“Next”进入设置向导里的“Stack-up”窗口。

PI需要叠层关系来计算电源对从而为平面建模。如果叠层不存在或者不包含平面层，则屏幕右上角会有信息显示。

在这里可以调整叠层关系（Edit stack-up）或从另一个设计中导入（Import stack-up）。屏幕右上角有相应的示意图，如图：

当不勾选“Physical view”时，各层厚度平均显示；勾选后各层按比例显示。

1.4DC Net-Plane Association

点击“Next”进入设置向导里的“DC Net-Plane Association”窗口，如图：

PI 在估算去耦电容之前需要给每一个需要仿真的电源平面分配DC电压，在这里可以调整现有的电压分配。同一层的分割平面会有不同的“shape”，因此每个“shape”都有一个不同的DC网络。

1.5DC Power Pair Setup

点击“Next”进入设置向导里的“DC Power Pair Setup”窗口，如图：

在进行PI 之前，电源和地平面必须成对。一个地可以被多个平面共享，但一次只能分析一对平面。在“Plane 1”栏中选择要分析的平面，在“Plane 2”栏中选择对应的平面，选中的平面对将在右边的叠层视图中高亮。点击“Add”创建对应的平面对。

1.6选择去耦电容

点击“Next”，如图：

1.7选择电容模型

点击“Next”，如图：

选好所用的电容模型后，点击“Finish”完成对电路板参数的设置，弹出“Power Integrity Design&Analyze”窗口，如图：

2、单节点仿真

可以通过运行单节点仿真来验证选择的电容数量能否在频率范围内维持目标阻抗。

在单节点仿真中，PI连接（wire）工作表中所有去耦电容和电压调节模块，而不管他们是否布好，并用1Amp的交流电流源并联之，等效电路见图。结果则以阻抗—频率曲线的形式显示为合成阻抗图。

PI 会基于设置的参数如偏置电压、电源的纹波系数（噪声裕量）、最大动态电流及所选用的去耦电容来计算出电源层的目标阻抗。

1、PI以一个电源平面为基础进行仿真，因而在仿真时首先在Power Plane Pair列

表中选择一个平面对。

2、在Ripple tolerance栏中输入噪声裕量（纹波系数），在Max delta current栏中

输入最大动态（delta）电流。

3、确定要仿真的电容的数目。

4、设置完成后点击“Single Node Simulation”进行单节点仿真，如图：

上图中蓝色曲线是没有加去耦电容时测试点处的频率阻抗曲线，在30MHz附近有一个12欧左右的峰值。在加上电容后，得到如图中黑色线所示的频率阻抗曲线。从图中可以看到，加了电容后，30MHz附近的阻抗峰值降低到了0.1欧姆以下，电容将地平面的阻抗峰值从12欧姆降低到0.1欧姆以下，电源分配系统在445MHz的范围内比较好地满足了目标阻抗的要求。

3、多节点仿真

为了得到更加精确的仿真结果，应该布好去耦电容、噪声源及VRM后在整个频率范围内进行多节点仿真。

3.1 网络化电源平面

PI 将电源平面分割成用户定义的网格尺寸，然后将每个网络视为四条传输线连在一起（如图），这些传输线参数将从板中得到。在多节点仿真中，PI将产生每个节点的波形。

3.2 设置多节点仿真的参数

在“Power Integrity Design&Analyze”窗口中单击“Control”—>“Power Integrity Control”—>“Simulation”，如图：

3.3 放置元件

在进行多节点仿真时，必须首先放置好去耦电容、VRM及噪声源。

※放置电压调节模块VRM

在进行多节点仿真前，必须在电路板上放置一个VRM，对不同的电源平面，可以改变VRM的一些参数。在板布局时，点右键从下拉菜单中选择“VRM Location”，VRM 作为一个图形出现在板子上，点左键放置，如图：

当VRM放置好后，可以对它进行编辑、移动或删除操作（点右键）。

※放置噪声源

在进行多节点放置前必须放置一个或多个噪声源。在电路板上点右键从下拉菜单中选择“Add Noise Source”，会弹出增加噪声源对话框，如图。在增加一个噪声源或移到新位置时，弹出式菜单允许你将它联系到某个较近的元件或放到你想放的地方。

你也可以增加你的噪声预算中的多个噪声源，如图。你应该分配好板上高噪声的敏感区域。在布局的分析层，噪声源显示出来，而在你退出PI设计和分析对话框时，它自动消失。

注意：你可以建立一个0安培的噪声源。

设置噪声源的大小

一旦放好噪声源，你就可以从弹出式菜单中选择相应动作对它进行编辑，移动或删除等。

3.4 进行多节点仿真

在“Power Integrity Design&Analyze”窗口中单击“Multi Node Simulation”进行多节点仿真，仿真得到的波形如图：

由图中可以看到，电源分配系统在接近300MHz的频率范围内较好的满足了目标阻抗的要求。