1、Sigrity 直流分析 （PowerDC）操作练习 2010-06-212 1. PCB 的直流分析3 创建新项目 创建一个新的仿真文件（New Workspace ）； 界面中将出现一个空白的4 层板 4 加载布线文件 确保当前流程为IR Drop Analysis 点击Load a New/Different Layout 把 Lab 文件中的 IR_PCB.spd 布线文件加 载进来 这是一个4 层的背板，板上有1 个连接 器和3 个子板插槽5 检查叠层1 点击Check Stackup ，检查导入的封装 或PCB 的叠层信息是否正确 界面中将出现Stackup 窗口 检查1 ：Lay
2、er Name 这1 列，看叠层的 分布是否准确无误 检查2 ：Thickness 这1 列，看每一层的 厚度是否准确无误 6 检查叠层2 检查3 ：Conductivity 这1 列，看金属材 料的导电率是否准确无误 检查4 ：可以在Stackup 窗口右下角的 Unit 下拉菜单中选择不同的显示单位， 如可以切换为mil 来显示 因为是直流DC 分析，因此交流AC 分析 中必须检查的介电常数和介质损耗这 里可以不管 7 设置过孔镀层厚度1 点击Via Plating Thickness Setup ，设 置过孔的镀层厚度 界面中将出现Padstack Library窗口 检查1 ：对于pf
3、-d030p-041-c 这类过 孔，他们的Plating thickness 属性为 Solid Via ，表示过孔为实心的8 设置过孔镀层厚度2 在右下角的参数设置窗口中，Outer radius 表示过孔Drill 外壁 的厚度 改变镀层厚度Plating thickness ，在右边空格中输入0.2 ，表 示该过孔的实际镀层厚度为0.2mm ，然后点击OK 即可 导电率Conductivity ，默认的过孔导电率为5.8e+7 （S/m ） 选择材料Select material ，可导入一个txt 格式的材料文件，其 中可包含频变的导电率，介电常数或介质损耗，从而使仿真精 度更高9
4、选择电源/ 地网络 点击Select Pwr/Gnd Nets ，选择要仿 真的电源网络和地网络 界面的右边将出现Net Manager 网络管 理器窗口 激活电源网络，把他们放在 PowerNets 的分类中；激活地网络，把他们放在 GroundNets 的分类中 如果封装或PCB 翻译完之后电源地网络 属性为普通的信号分类，没有位于上述 PowerNets 和GroundNets 中，则必须通 过点击右键的Assign To PowerNets 或 Assign To GroundNets 将网络正确分类10 设置供电模块1 点击Setup VRMs ，设置板上 的供电模块VRM 界面上将
5、出现设置向导 Wizard 在接下来出现的2 个对话框中 依次按照默认选项，按Next Next Next11 设置供电模块2 在接下来的窗口中选择 VRM_v0 ，然后点击Next 然后在设置标称电压Nominal Voltage 为1.8V ，点击Next 最后在生成的VRM 电路中按 Finish ，这样1.8v VRM 就生成 好了 Next Finish Next12 设置供电模块3 此时在主界面上将看到粉红 色的VRM 电路 在界面的下方会看到VRM Name ，Nominal Voltage ， Output Tolerance 以及电路的 节点连接关系，所有这些设 置都可以手动
6、直接编辑 如果板上找不到现成的VRM 器件，此时就需要手动把 VRM 连接到主界面的版图文 件中13 设置耗电模块1 点击Setup Sinks ，设置板上 的耗电模块Sink 界面上将出现设置向导 Wizard 在接下来出现的2 个对话框中 依次按照默认选项，按Next Next Next14 设置耗电模块2 在接下来的窗口中选择 DIMM_CONN2 ，这样它下面 的3 个接插件J8, J1 和J14 都被 选中了，然后点击Next 然后按照如下窗口中的参数逐 一设置，点击Next 最后在生成的Sink 电路中按 Finish ，这样1.8v Sink 就生成 好了 Next Finish
7、 Next15 设置耗电模块3 Shift 选中界面下方的3 个 Sink ，此时在主界面上将看到 粉红色的Sink 电路 在界面的下方会看到Sink Name ，Model ，Nominal Voltage ，Input Tolerance ， P/F Mode ， Current 以及电路 的节点连接关系，所有这些设 置都可以手动直接编辑 如果板上找不到现成的Sink 器 件，此时就需要手动把Sink 连 接到主界面的版图文件中16 Model 的含义 Equal Voltage 是指Sink 上所有的电源管脚和地管脚上的电 压都相等。 Equal Current 是指Sink 上所有的电
8、源管脚和地管脚上的电 流都相等。一旦选择了Equal Current 就必须设置P/F Mode ，是Average 还是Worst ，其具体含义见下页。此模 型最常用。 Unequal Current 是指Sink 上所有的电源管脚和地管脚上的 电流都不等。一旦选择了Unequal Current 就必须在 Current Mapping File 中指定包含芯片各管脚的电流文件。 此模型用的较少 。17 P/F Mode 的含义 P/F Mode 是指当使用Equal/Unequal Current Mode 的时 候，用来计算Sink 上的实际电压的方法，其结果可与 Pass/Fail
9、（通过/ 不通过）的标准相比较。 WORST （最差）：Pass/Fail 基于电源管脚的最大 电压与 地管脚的最小电压之间的差值。 AVERAGE （平均）：Pass/Fail 基于所有电源管脚的平均 电压与所有地管脚的平均电压之间的差值。18 Current 的设置 Current 是指器件实际消耗的电流，此为必 填项。 该电流值既可以是平均值也可以是最大值。 如果板上有多个Sink 器件，那么该电流值既 可以相等，也可以不等。19 设置互连器件 对于该培训跳过Setup Interconnect 的 设置 该步骤一般用来设置磁珠、电感、电阻 等互连器件 一般来说，interconnect
10、 可以通过以下3 种方式来设： 1. 自动从circuit linkage manager 中产生 非0 的电阻，电感等 2. 利用 interconnect 向导，通过布线文件 中定义的现有电路完成 0 的电阻 3. 利用 interconnect 向导，用户手动创建 Bus bars 器件的电压感应管脚20 设置其他参数 对于该培训跳过Other 的设置 该步骤一般用来设置电压参考点、功耗 显示精细度等 电压参考点默认为VRM 的负节点 如果有多个VRM ，则参考点为第一个 VRM 的负节点 用户也可以在仿真前自己设定任意的 Node 节点为整个系统的参考电压零点21 保存项目文件 在设置
11、完VRM 和Sink 器件 后，跳过Constraints Setup 和Parameter Sweeping Setup 这2 个步骤，这2个步 骤为可选项 点击主菜单中的Save All ， 将workspace 中的所有参数 设置保存为IR_PCB.xml 建议用户在设置过程中要经 常保存，以免丢失信息22 开始仿真 保存完项目后，回到流程菜单的顶 部，点击IR Drop Analysis 进行直 流压降分析 点击流程中的 Start simulation ， 或主菜单中的运行按钮，开始仿真 23 仿真结果：查看表格 仿真完成后，PowerDC自动打开Voltage & Current
12、Tables 在界面下方有一系列的结果，可以进入每个结果按钮检查结果，有些结果必须 在设置了constrains 后才可以得到 当前结果为VRM Voltage 结果，另外Sink Voltage 结果也很常用，而其他结果本 培训将不一一介绍，可参考PowerDC_UG.pdf24 Voltage 电压 Show ResultsVoltage & Current TablesVRM Voltage 中包含有仿真得到的VRM 结果 Actual Current 是指VRM 上实际输出的电流，大 小等于各个Sink 抽取的电流之和 其他信息均为之前的输入信息25 Sink 电压 点击Sink Vo
13、ltage ，切换到Sink 的仿真结果 Actual Voltage 为各个Sink 上实际的直流电压，是根据VRM 的电压以及 Sink 上抽取的电流，解电路方程组求得的 绿色的对勾表示：所有3 个Sink 的压降都满足要求 Margin是指各个Sink 上实际的电压容限，计算公式如下 MH = (SinkNominal + SinkTolerance) (SinkActualSimResult + VRM tolerance) ML = (SinkNominal SinkTolerance) + (SinkActualSimResult VRM tolerance) Margin = m
14、in (MH, ML) 检查SINK_J8 管脚上的电压电流，可以发现：每个pin上的电流相等，电 压算出来各不相同。符合之前假设的Equal Current 模型26 仿真结果：查看彩图 先查看电压分布图，点击Voltage Distribution Plot 该步骤一般需要较长的时间，因为工具需要把大量的3 维仿真结果全部映 射到封装或PCB 板的实际物理结构上 电压、电流彩图结果的切换既可以在仿真流程中进行，也可以在界面右侧 的Distribution 菜单中进行27 电压分布图1 （Voltage ） 电压分布在每一层的颜色都会按照最小值和最大值的区间自动调节 注意：电压在地平面和电源
15、平面上的不同分布情况 GND1 POWER28 电压分布图2 （Voltage ） 最佳感应线（POWER 平面）29 电压分布图3 （Voltage ） 电压热点（Hot Spot） GND1 POWER30 电流密度分布图 （Plane Current Density ） 平面电流密度（POWER 平面） 普通模式 矢量模式31 功率密度分布图 （Plane Power Density ） 平面功率密度（POWER 平面）32 功耗分布图 （Power Loss ） 功耗（POWER 平面）33 过孔电流分布图 （Via Current ） 过孔电流（TOP 平面）34 保存仿真结果和彩图
16、结果 保存仿真结果: 主菜单Workspace Simulation Results Save 保存彩图结果: 界面右侧Distribution 菜单，右键点击 present distribution 然后选择 save all 仿真结果 彩图结果35 2. PKG 的直流分析36 加载布线文件 点击主菜单的New，新建一个 Workspace 确保当前流程为IR Drop Analysis 点击Load a New/Different Layout 把 Lab 文件中的 IR_Package.spd布线文 件加载进来 这是一个7 层的BGA 封装37 检查叠层、镀层、选择网络 跳过Chec
17、k Stackup 跳过Via Plating Thickness Setup 跳过Select Pwr/Gnd Nets38 设置供电模块1 点击Setup VRMs ，设置板上 的供电模块VRM 界面上将出现设置向导 Wizard 在接下来出现的2 个对话框中 依次按照默认选项，按Next Next Next39 设置供电模块2 在接下来的窗口中选择 BGA1 ，然后点击Next 然后在设置标称电压Nominal Voltage 为1.8V ，点击Next 最后在生成的VRM 电路中按 Finish ，这样1.8v VRM 就生成 好了 Next Finish Next40 设置耗电模块1
18、 点击Setup Sinks ，设置板上 的耗电模块Sink 界面上将出现设置向导 Wizard 在接下来出现的2 个对话框中 依次按照默认选项，按Next Next Next41 设置耗电模块2 在接下来的窗口中选择 DIE1 ，然后点击Next 然后按照如下窗口中的参数逐 一设置，点击Next 最后在生成的Sink 电路中按 Finish ，这样1.8v Sink 就生成 好了 Next Finish Next42 保存项目文件 在设置完VRM 和Sink 器件 后，跳过右图中的加框 部分 点击主菜单中的Save All ，将workspace 中的所 有参数设置保存为 IR_Packag
19、e.xml 在弹出的Output 窗口中 会出现ERROR 信息43 改变选项设置，消除ERROR 为了消除Error ，点击ToolsOptionsEdit Options 在窗口中点击OptionsError Checking ，将Short和Open 由默认的 Error 状态改为Warning 状态，这样后续的仿真才可以继续进行44 开始仿真 选择仿真类型，点击IR Drop Analysis 点击SimulateStart Simulation ，开始执行直流压降分析45 创建仿真报告1 仿真完成后，Report 按钮会自动变成深色，表示Report 功能 已经Ready 了 点击R
20、eport，将打开Options 窗口，在窗口中选择框中的选 项，以便自动获取各种有用的结果46 创建仿真报告2 点击Report 后，PowerDC 将自动创建DC Sign-Off Report 在报告中主要包括一些重要的设置信息，Result Table 以及Distribution Plots Result Table 主要报告了Sink 上得到的实际电压，Margin 和是否Pass Distribution Plots 中包括每一层的电压、电流、功耗和功率密度分布图47 查看仿真结果 除了运用Report 自动生成仿真报告外，还可以在Show Results 的流程 中手动查看各种图表和Plot 彩图，此处不再赘述 点击Save Simulation Result ，可将仿真结果保存 点击Load Simulation Result ，可直接加载仿真结果48 谢谢 谢谢 ! ! Key to the Power and Signal Integrity Key to the Power and Signal Integrity Solution for IC Packages and PCBs Solution for IC Packages and PCBs
