PI電源完整性仿真仿真分析
日期：2018-05-26 / 人氣： / 來源：www.gyxpcb.com
1 仿真內容
序號
電源信←號名稱
仿真內容
1
3.3V
1．IR Drop分析
2．諧振模◇式分析
3．阻抗分析
2模型資料/文件
文件/器件
模型/文件
PCB文件
XXXX.brd
原理圖
XXXX.pdf
電容模型庫
參考XXXX器件庫模ξ 型參數
3 仿真內容描述
1）IR Drop 分析：
仿真電源平面層的直流電壓降，以及過孔、銅皮的電流密公务了度與電流方向，考察平面層的載流能力。
2）諧振模式风流任务分析：
在預布大哥局設計階段進行諧振模式分析，可以考察當前的疊層結構、平面分割和初步去耦設計是否合理。通過改變疊層結構、平面分割以及去耦電容，可以改變諧振的頻率和分布，盡可能的不要將關鍵的器》件和走線落在與之工作頻率◣相關的、諧振較大的平面〓之上。後仿真中，若關鍵器件放在諧振经理来了后點上，在相應位置添加去耦電容器，改變諧振▅特性，從而滿足↘電源分配網絡（PDN）的要求。
3）阻抗分析：
通過添加各差点让自己死去類去耦電容器，使PDN在一定頻率範缝隙看着藤原究竟在干什么圍內滿足目標阻抗的要求，以使負載芯╱片在電壓波動允許的範圍內得到持續、快速、穩定的電流供應，從而保證系統供電的可靠性和良好的噪聲抑制。
4 PCB疊層參數
5 PDN分布關系
根據原→理圖設計，待分析的PDN以及電流消耗大致情況如表▃1所示。表1中忽略了一些功耗很小的芯片。
表1 PDN分惊喜之后布關系列表∏
電源網絡
供電模塊
供給芯片
電流消耗
總計
電流
3.3V
X1、X3
D27à轉1.0V_V6A_N
IMGTAVCC=56.1mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電◇流約為【0.45A
13.9A
D29à轉1.0V_V6A_S
D28à轉1.2V_V6A_N
IMGTAVTT=55.9mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流竟然是他約︽為0.45A
D30à轉1.2V_V6A_S
D31à轉1.0V_V6B_N
IMGTAVCC=56.1mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸很快他也把饭给解决了入電流約為仿似并不在意现在Ψ0.45A
D33à轉1.0V_V6B_S
D32à轉1.2V_V6B_N
IMGTAVTT=55.9mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流約為0.45A
D34à轉1.2V_V6B_S
D35à轉1.0V_V5_L
IMGTAVCC，GTX電流約為1.2A，效率70%，所以VRM輸入電流約為0.5A
D37à轉1.0V_V5_H
D36à轉1.2V_V5_L
IMGTAVTTTX+IMGTAVCCPLL，GTX電流約為0.7A.，效率80%，故VRM輸入電流約為0.3A
D38à轉1.2V_V5_H
D45à轉1.0V_V6A
供V6的內核，輸出15A，效率85%，輸入電流約5.35A
D46à轉1.0V_V6A
D49à轉1.0V_V6B
供V6的內核，輸出15A，效率85%，輸入電流約5.35A
D50à轉1.0V_V6B
D17-D22(TXB0105PWR)
持續輸入電流約為0.1A，共計0.1A*6=0.6A
6 IR-Drop 仿真
根據負載『芯片電流消耗情況，觀測電源平面各點的DC壓降情況，以及電流密度那棵不知名是否超出銅皮的載流能力等，各個電源網絡的詳細分析圖如下：
1）3.3V電源網絡
平面DC電壓分布圖（第10層）：
..........
平面電︼流密度分布圖（第10層）：
..........
問題點：電流密度局部過大_第10層_最大129.8A/mm2
..........
問題點具體位置：
.......................
總結：根據↓以上仿真結果可見， 3.3V電源網絡ω有部分地方表現出比較大的電流密度，建議將相應地方的寬度加大或增匕首加過孔數量，從而改善電流密度分布情況。備註：電流密度判斷標準見附件“平面載流能力說要不然不会对自己明”。
7 平面諧振分析
良好的PDN設計應保證在諧振頻點上無卐此諧振頻率的激勵源╱或者信號走線，如果有則建議在諧振點添加此頻率的去耦電容來改善諧振狀況，從而將因平面本證諧振引起的電源彈、地彈減小↑到最小。
................
說明：在上圖紅色平面→出現諧振較大的現象，諧振幅度為正負0.99V，根據芯片擺放位置情況可知，在這處有可能會出現403MHz左右∏的激勵信號源，從而引起平面在此頻率處的諧振，造成不过美女主动和自己握手他当然不会放过这个机会電磁輻射和SI、PI問題。建議在此處增加高頻去耦電容器，如0402 X7R 390pF ESL=0.45nH。數量可以選擇1-2顆。
8 電↙源網絡阻抗分析
報告中采用基於頻域目標阻抗的方法來評估電源網絡★的性能。目標阻抗的定義∏如下：
其中，Voltage_tolerance是電壓噪聲容限，一般為供電電壓拿出了那张被他包裹起来的5%；Transient_current為芯片正常工作時的瞬時電流，如不知道這一數值可按照最大電流的一半◤估計。 按照這一方法，設計目標就是在一定的頻率範圍內，使電源網絡的阻抗不超過目標阻抗。如果在某些頻點或者頻段阻抗超標，可以添加相應的電容器進行去耦。由於封裝電感仿佛眼中只有这杯酒等寄生參數的影響，PCB板級的去耦頻率上限一般々為200MHz，高於這一頻率需要封裝內或者die上的去耦電容。
表2 PDN目標阻抗
電源網絡
供給芯片
電流消耗
電源網絡
瞬時電流
目標阻抗
3.3V
D27à轉1.0V_V6A_N
IMGTAVCC=56.1mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流約為0.45A
13.9A
0.012ohm
D29à轉1.0V_V6A_S
D28à轉1.2V_V6A_N
IMGTAVTT=55.9mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流約為0.45A
D30à轉1.2V_V6A_S
D31à轉1.0V_V6B_N
IMGTAVCC=56.1mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流約為0.45A
D33à轉1.0V_V6B_S
D32à轉1.2V_V6B_N
IMGTAVTT=55.9mA*20=1.2A，效率80%，所以VRM輸入電流約為0.45A
D34à轉1.2V_V6B_S
D35à轉1.0V_V5_L
IMGTAVCC，GTX電流約為1.2A，效率70%，所以VRM輸入電流約為0.5A
D37à轉1.0V_V5_H
D36à轉1.2V_V5_L
IMGTAVTTTX+IMGTAVCCPLL，GTX電流約為0.7A.，效率80%，故VRM輸入電流約為0.3A
D38à轉1.2V_V5_H
D45à轉1.0V_V6A
供V6的內核，輸出15A，效率85%，輸入電流約5.35A
D46à轉1.0V_V6A
D49à轉1.0V_V6B
供V6的內核，輸出15A，效率85%，輸入電流約5.35A
D50à轉1.0V_V6B
D17-D22(TXB0105PWR)
持續輸入電流約為0.1A，共計0.1A*6=0.6A
3.3V_V5
D3(V5)
V5的3.3V I/O電流約3A
3A
0.055ohm
1）3.3V電源網絡
...........
對於DC-DC電源芯片，其響應頻率最高到幾百KHz，所以報告中阻抗分析到1MHz。上圖中〖藍色橫線定義了3.3V網絡的目標阻抗，可見在1MHz頻率範圍內，芯片D31處的阻抗滿足要求
2）3.3V_V5電源網絡
...............
3.3V_V5網絡給V5 FPGA相應I/O供電，根據總∩線速度阻抗需要分析到100MHz，這裏分∑ 析到板級上限200MHz。從上圖可見，在高於50MHz時阻抗超過了目標阻抗的要求。建議在D3附近添加SRF（自諧ω 振頻率）更高的去耦電容☆器，下面給出一些參考值，數量要根據具體類型的脸部也瘦弱了下去ESR來選取。原理圖中主要是使用了0.1uF的電容器，SRF在25MHz左右，如空間有限可以去掉一◎些，換成更高頻率的電容器。
0402 X5R 2.2nF ESL=0.45nH SRF=170MHz
0402 X5R 4.7nF ESL=0.55nH SRF=100MHz
0402 X7R 22nF ESL=0.45nH SRF=50MHz
附件1：DC-DC芯片輸入電流計算
【格亞信電子】是專業從事電子產态度试验了下品設計、電子方案開發、電子產品PCBA加工的深圳電子方疼痛案公司，主要設※計電子產品包括工控、汽車、電源、通信、安防、醫療電子產◤品開發。
公司核心那间密室走去業務是提供以工控電子、汽車電子、醫療電子、安防電子、消費電子、通訊電子、電源電子等多領域的電子產品称呼让懵了設計、方案開發及加工生產的一站式PCBA服務，為滿足不同客戶需求可提供中小批量PCBA加工。
公司產秀发品涵蓋工業生產設備控制設備電子開發、汽車MCU電子控制系統方案¤設計、伺服控制板PCBA加工、數控機床主板PCBA加工，智能家居電子研發、3D打印機控制板PCBA加工等領←域。業務流程包括電子方案開發設計、PCB生產、元器件采購、SMT貼片加工、樣機制◣作調試、PCBA中小批量加工生產、後期質保維護一●站式PCBA加工服務。
/
作者：電子產品設計
相關方案
- 智能尸体太过恶心安防產品PCB設計06-26
- GPRS DTU數據傳輸單元06-20
- WIFI安防產品電路板PCBA加工03-30
- FPGA數據采集卡電子方案設計10-25
- 安全預警雷達PCBA加工04-01
- 變那只蝉子说起了话頻電源控制系統PCBA加工04-05
- 機器人障礙檢測控制板電子設計05-11
- 模擬射頻高速數尤其是朱俊州那本似垂危字板PCB設計案例06-26
- 汽車音響電子PCBA加工04-01
- 六層沈金PCB加工案例02-09
相關技術
- 電容有哪幾種類別，電容命名規則10-14
- 電子產品開發電路板基板設計05-26
- PCBA常見英語術語解釋10-14
- 電阻的檢測與測量10-14
- 單停顿了下片機控制板的設計原則05-26
- 高質量電子產品對加工條件的要求05-26
- 助焊劑10-21
- PCBA三防漆塗覆工藝介紹04-05
- PCB設計中常用術語解析05-26
- 格亞信PCBA加工PCB的工藝質量控制要05-27