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。
电源完整性仿真让电路板更完美 为PCB(印刷电路板)上的芯片提供电能不再是一种简单的工作。过去，通过细走线将IC连接到电源和地就行了，这些走线占不了多少空间。当芯片速度升高时，就要用低阻抗电源为它们供电，如用PCB上的一个电源层。有时候，只需要用四层电路板 上的一个电源层和一个地层，就可以解决大多数电源完整性问题。除了电源层以外，还可以为每只IC去耦，以解决设计中繁琐的电源问题。 不过，现在的PCB空间(还有成本与你的日程)都很紧张，这些问题也带来了对电源的影响。Mentor Graphics公司的仿真 与模拟系列产品高级总监Dave Kohlmeier称：“消费设备与便携设备都在为节省成本而使用更少的PCB层，但它们上面的IC却 需要更多的电压等级。”这些问题不仅影响着便携产品，工业产品也有空间约束(图1)。一个现代蜂窝基站的电路要装在天线上的一个小盒子里，而天线通常位于建筑内的19英寸机架中。 在大批量的消费产品与汽车产品中，成本是关键因素。在PCB上放一堆可能不需要的电容，肯定是不可接受的。为获得成功，设计周期会缩短到以周以月计，而不是年。现在，不可能只为了修补和优化电源层和地层而花时间去重做一遍PCB板。 为现代电子产品设计电源系统是一个令人畏惧的挑战。DDR存储器工作在1600Mbps，并很快就会运行到四重模式的2200Mbps。更糟糕的是，它是一种单端输出，意味着你的电源系统必须应对电源电流的突发性挑战。器件中的数字门可能同时都在开关，电 源完整性工程师将这种特性描述为同步开关噪声。串行通信有着困难的电源需求。802.3ba以太网标准要求的数据速率为40Gbps 和100Gbps(参考文献1)。 现代数字芯片的运行电压低于1V，这意味着，即使毫伏级的噪声也会造成与数据相关的问题。多只芯片会从统计上增加和造成电源下降或过压问题。你的系统可能数周甚至数月都运行正常，而某个时刻所有数字电路的同时开关却造成系统的重启。这 些电源完整性问题都难于查出。系统中单只芯片的电源完整性问题可能影响系统的其它芯片，从而导致重启。美国国家半导体公 司的模拟应用工程师Paul Grohe指出：“即使纳秒级的电力损失也会使系统不可靠。”Ansys公司信号完整性产品经理Steve Patel 称，设计可靠性的关键在于尽可能减小电源噪声，意味着数字系统工程师必须懂得模拟甚至RF的设计概念。 电源系统工程师知道，电源系统必须有低的阻抗(图2)，而模拟工程师的概念是，模拟IC电源脚上的噪声越小越好。与数字芯片不同，模拟芯片不存在噪声阈值。PSRR(电源抑制比)规格说明了有多少电源噪声会渗入到器件的输出脚。数字系统工程师 现在也必须应付相同的电源噪声问题(见附文“请换个人跟我谈”)。
本文始於2010年初，2011年開放閱覽，將說明PI不是只看Resonance、Target Impedance來下de-coupling cap.，或看IR drop而已，應先避免電源\地平面不當分割，再下電容加強改善Target Impedance，才是較好的設計方式。另外還以實例說明做PI模擬時，電容模型輸入正確寄生電感值的重要性，以及分地與合地設計時，近場的差異。 1.Verification of board import 1.1 check stack-up 1.2 check net 1.3 check circuit element 2.Resonant mode analysis 2.1 未修改前，原分地、分power 2.2 部分power plane合併(已合地) 2.3 加de-coupling電容(已合地、合power) 3.Target Impedance 3.1 VDD3.3V for general IO 3.2 RF_VDD33 4.Voltage Drop (IR drop) 4.1 Generate sources and sinks 4.2 Meshing 4.3 Plotting and analyzing results 4.3.1. 原分地、分電源 4.3.2. 合地、合電源後 5.案例分析-- DCDC noise couple 5.1 模擬方法描述 5.2 模擬結果 5.2.1 電流分佈密度 5.2.2 近場強度分佈 6.問題與討論 6.1 為何在數MHz低頻存在resonant頻點? 6.2 Resonant 要壓到什麼程度才夠? 6.3 Target Impedance要壓到什麼程度才夠?
电源完整性设计 作者:于博士 一、为什么要重视电源噪声 芯片内部有成千上万个晶体管，这些晶体管组成内部的门电路、组合逻辑、寄存器、计数器、延迟线、状态机、以及其他逻辑功能。随着芯片的集成度越来越高，内部晶体管数量越来越大。芯片的外部引脚数量有限，为每一个晶体管提供单独的供电引脚是不现实的。芯片的外部电源引脚提供给内部晶体管一个公共的供电节点，因此内部晶体管状态的转换必然引起电源噪声在芯片内部的传递。 对内部各个晶体管的操作通常由内核时钟或片内外设时钟同步，但是由于内部延时的差别，各个晶体管的状态转换不可能是严格同步的，当某些晶体管已经完成了状态转换，另一些晶体管可能仍处于转换过程中。芯片内部处于高电平的门电路会把电源噪声传递到其他门电路的输入部分。如果接受电源噪声的门电路此时处于电平转换的不定态区域，那么电源噪声可能会被放大，并在门电路的输出端产生矩形脉冲干扰，进而引起电路的逻辑错误。芯片外部电源引脚处的噪声通过内部门电路的传播，还可能会触发内部寄存器产生状态转换。 除了对芯片本身工作状态产生影响外，电源噪声还会对其他部分产生影响。比如电源噪声会影响晶振、PLL、DLL的抖动特性，AD转换电路的转换精度等。解释这些问题需要非常长的篇幅，本文不做进一步介绍，我会在后续文章中详细讲解。 由于最终产品工作温度的变化以及生产过程中产生的不一致性，如果是由于电源系统产生的问题，电路将非常难调试，因此最好在电路设计之初就遵循某种成熟的设计规则，使电源系统更加稳健。 二、电源系统噪声余量分析 绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%。例如：对于3.3V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在3.13V到3.47V之间，或3.3V±165mV。对于1.2V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在1.14V到1.26V之间，或1.2V±60mV。这些限制可以在芯片datasheet中的recommended operating conditions部分查到。这些限制要考虑两个部分，第一是稳压芯片的直流输出误差，第二是电源噪声的峰值幅度。老式的稳压芯片
CDNLive! Paper – Signal Integrity (SI for Dual Data Rate (DDR Interface Prithi Ramakrishnan iDEN Subscriber Group Plantation, Fl Presented at Introduction The need for Signal Integrity (SI analysis for printed circuit board (PCB design has become essential to ensure first time success of high-speed, high-density digital designs. This paper will cover the usage of Cadence’s Allegro PCB SI tool for the design of a dual data rate (DDR memory interface in one of Motorola’s products. Specifically, this paper will describe the following key phases of the high-speed design process: Design set-up Pre-route SI analysis Constraint-driven routing Post-route SI analysis DDR interfaces, being source synchronous in nature, feature skew as the fundamental parameter to manage in order to meet setup and hold timing margins. A brief overview of source synchronous signaling and its challenges is also presented to provide context. Project Background This paper is based on the design of a DDR interface in an iDEN Subscriber Group phone that uses the mobile Linux Java platform. The phone is currently in the final stages of system and factory testing, and is due to be released in the market at the end of August 2007 for Nextel international customers. The phone has a dual-core custom processor with an application processor (ARM 11 and a baseband processor (StarCore running at 400MHz and 208MHz respectively. The processor has a NAND and DDR controller, both supporting 16-bit interfaces. The memory device used is a multi-chip package (MCP with stacked NAND (512Mb and DDR (512Mb parts. The NAND device is run at 22MHz and the DDR at 133MHz. The interface had to be supported over several memory vendors, and consequently had to account for the difference in timing margins, input capacitances, and buffer drive strengths between different dies and packages. As customer preference for smaller and thinner phones grows, the design and placement of critical components and modules has become more challenging. In addition to incorporating various sections such as Radio Frequency (RF, Power Management, DC, Audio, Digital ICs, and sub-circuits of these modules, design engineers must simultaneously satisfy the rigid placement requirements for components such as speakers, antennas, displays, and cameras. As such, there are
现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具，对互连线的不同情况进行仿真，把仿真结果存为拓扑结构模板，在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 （2）DF/Signoise工具是信号仿真分析工具，可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 （3）DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 （4）DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程： 由上所示，通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规
实验一基本门电路设计——电路仿真 一、实验内容： 完成CMOS 反相器的电路设计完成CMOS 反相器的电路设计 实验目的 掌握基本门电路的设计方法掌握基本门电路的设计方法 熟悉Cadence 的设计数据管理结构，以及定制设计的原理图输入、电路仿真、版图设计、版图验证工具的使用 二、实验目的：基于csmc05工艺，完成一个具有逻辑反相功能的电路 设计要求：设计要求： 1.反相器的逻辑阈值在Vdd/2附近，即噪声容限最大 2.反相器的版图高度限制为24微米，电源和地线宽度各为2微米 3.反相器宽度限制为mos 器件不折栅 4.为了给顶层设计留出更多的布线资源，版图中只能使用金属1和多晶硅作为互连线，输入，输出和电源、地线等pin脚必须使用金属1 5.版图满足设计规则要求，并通过LVS 检查 三、设计过程： 启动icfb 1.建立自己的设计库 2.用Virtuoso Schematic Composer 画电路图 3. 在Analog Design Environment中进行电路仿真 4. 用Virtuoso （XL）Layout Editer 画版图 5. 利用diva 工具进行DRC检查，用dracula进行DRC和LVS验证。 四、实验步骤 1.Cadence软件操作步骤： （1）.点击桌面虚拟机快捷方式图标； （2）.打开虚拟机（存放路径：F:\cadence）； （3）.启动虚拟机
（4）.单击右键，Open Teminal,弹出终端对话框，输入Cadence启动命令icfb&(&是后台运行的意思)。 2.. 新建一个库 建立自己的Design Lib 第一步： CIW-> Tools-Library manager 第二步：File-New 弹出“New Library ”对话框，在“Name”项填写要建的design lib的名字，这里是“lesson1”，选择“Attach to an existing techfile” 第三步： 弹出”Attach Design Library to Technology File”对话框，在“Technology Library”中选择st02
Introduction Consider the proverb, “It takes a village to raise a child.” Similarly, multiple design team members participate in assuring PCB power integrity (PI) as a design moves from the early concept phase to becoming a mature product. On the front end, there’s the electrical design engineer who is responsible for the schematic. On the back end, the layout designer handles physical implemen-tation. Typically, a PI analysis expert is responsible for overall PCB PI and steps in early on to guide the contributions of others. How quickly a team can assure PCB PI relates to the effectiveness of that team. In this paper, we will take a look at currently popular analysis approaches to PCB PI. We will also introduce a team-based approach to PCB PI that yields advantages in resource utilization and analysis results. Common Power Integrity Analysis Methods There are two distinct facets of PCB PI – DC and AC. DC PI guarantees that adequate DC voltage is delivered to all active devices mounted on a PCB (often using IR drop analysis). This helps to assure that constraints are met for current density in planar metals and total current of vias and also that temperature constraints are met for metals and substrate materials. AC PI concerns the delivery of AC current to mounted devices to support their switching activity while meeting constraints for transient noise voltage levels within the power delivery network (PDN). The PDN noise margin (variation from nominal voltage) is a sum of both DC IR drop and AC noise. DC PI is governed by resistance of the metals and the current pulled from the PDN by each mounted device. Engineers have, for many years, applied resistive network models for approximate DC PI analysis. Now that computer speeds are faster and larger addressable memory is available, the industry is seeing much more application of layout-driven detailed numerical analysis techniques for DC PI. Approximation occurs less, accuracy is higher, and automation of How a Team-Based Approach to PCB Power Integrity Analysis Yields Better Results By Brad Brim, Sr. Staff Product Engineer, Cadence Design Systems Assuring power integrity of a PCB requires the contributions of multiple design team members. Traditionally, such an effort has involved a time-consuming process for a back-end-focused expert at the front end of a design. This paper examines a collaborative team-based approach that makes more efficient use of resources and provides more impact at critical points in the design process. Contents Introduction (1) Common Power Integrity Analysis Methods (1) Applying a Team-Based Approach to Power Integrity Analysis (3) Summary (6) For Further Information (7)
S I w a v e电源完整性仿真 教程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
SIwave电源完整性仿真教程 目录
1软件介绍 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. 查看共振模式下的电压分布图 避免把大电流的IC芯片放置于共振频率的电压的峰值点和电压谷点。原因是当把这些源放在共振频率的电压的峰值点和电压谷点的时候很容易引起共振。 3.侦测电压 利用电流源代替IC芯片放置于它们可能的LAYOUT placement位置的周围、同时放置电压探头于理想IC芯片的位置侦测该位置的电压频率相应。在电压的频率相应的曲线中，峰值电压所对应的频率点就是共振频率的发生点。 4.表面电压
基于电压峰值频率，查看这些频率点的表面电压的分布情况，把退耦电容放置于电压峰值和谷点的位置处。（这就是如何放置退耦电容的根据） 5.单端口的Z参数计算 计算单端口的（IC位置）的Z参数（通常使用log－log标尺，Hz）。通过Z参数的频率相应曲线，我们可以计算出我们需要的“电容大小、ESL大小、ESR大小”。（从中我们可以知道我们需要什么样规格的退耦电容）。 6.侦测实际退耦电容影响 使用内置的ANSOFT FULL－WAVE SPICE来侦测实际退耦电容影响（包括：共振、ESL、ESR、Parrallel skew等）。 7.选取电容 通过实际的AC扫描响应来选择需要的电容，包括电容的 R／L／C值。 8.侦测回路电感影响 在不同的位置放置电容来侦测路径的自感的影响。（这将决定退耦电容放置的位置）。 9.检测传输阻抗 使用多端口的Z参数来检测传输阻抗。 操作界面 SIwave 软件刚安装完的画面如错误!未找到引用源。所示，配置如下：
Cadence PDN电源平面完整性分析 ——孙海峰 随着超大规模集成电路工艺的发展，芯片工作电压越来越低，而工作速度越来越快，功耗越来越大，单板的密度也越来越高，因此对电源供应系统在整个工作频带内的稳定性提出了更高的要求。电源完整性设计的水平直接影响着系统的性能，如整机可靠性，信噪比与误码率，及EMI/EMC等重要指标。板级电源通道阻抗过高和同步开关噪声SSN过大会带来严重的电源完整性问题，这些会给器件及系统工作稳定性带来致命的影响。PI设计就是通过合理的平面电容、分立电容、平面分割应用确保板级电源通道阻抗满足要求，确保板级电源质量符合器件及产品要求，确保信号质量及器件、产品稳定工作。 Cadence PCB PDN analysis电源平面分析主要可以解决以下几个问题： 板级电源通道阻抗仿真分析，在充分利用平面电容的基础上，通过仿真分析确定旁路电容的数量、种类、位置等，以确保板级电源通道阻抗满足器件稳定工作要求。 板级直流压降仿真分析，确保板级电源通道满足器件的压降限制要求。 板级谐振分析，避免板级谐振对电源质量及EMI的致命影响等。 那么Cadence PCB PDN analysis如何对PCB进行电源平面完整性的分析？接下来，我将以一个3v3如下图所示的电源平面为例，来进行该平面的电源平面分析。
对图中3v3电源平面进行完整性分析，具体步骤将作详细解析。 在对该电源平面进行分析之前，我们需要首先确定PCB参数的精确，如：电源平面电平Identify DC Nets、PCB叠层参数Cross-Section等，这些参数都必须和PCB板厂沟通（板厂对叠层参数生产能力不同），在此基础上精确参数方能得到精确的分析结果。这些参数也可以在PDN Analysis分析界面上点击Identify DC Nets，Cross-Section来调整优化。
作者简介：曹宇（１９６９－），男，上海人，硕士，工程师． 第６卷第 ６期 ２００６年１２月泰州职业技术学院学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴａｉｚｈｏｕＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅＶｏｌ．６Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００６摘要：针对高速数字电路印刷电路板的板级信号完整性，分析了ＩＢＩＳ模型在板级信号完整 性分析中的作用。利用ＡＤＳ仿真软件，采用电磁仿真建模和电路瞬态仿真测试了某个 实际电路版图，给出了实际分析结果。 关键词：信号完整性；ＩＢＩＳ；仿真；Ｓ参数 中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０１４２（２００６）０６－００３０－０３ 信号完整性（ＳＩ，ＳｉｇｎａｌＩｎｔｅｇｒｉｔｙ）的概念是针对高速数字信号提出来的。以往的数字产品，其时钟或数据频率在几十兆之内时，信号的上升时间大多在几个纳秒，甚至几十纳秒以上。数字化产品设计工程师关注最多的是“数字设计”保证逻辑正确。随着数字技术的飞速发展，原先只是在集成电路芯片设计中需要考虑的问题［１］在ＰＣＢ板级设计中正在逐步显现出来，并由此提出了信号完整性的概念。 在众多的讲述信号完整性的论文和专著中［２，３］，对信号完整性的描述都是从信号传输过程中可能出现的问题（比如串扰，阻抗匹配，电磁兼容，抖动等）本身来讨论信号完整性，对信号完整性没有一个统一的定义。事实上，信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度，这个还原程度是指在指定的收发参考端口，发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形需满足系统设计的要求［４］。 １、板级信号完整性分析 １．１信号完整性分析内容的确定 信号完整性分析工作是一项产品开发全流程工作，从产品设计阶段开始一直延续到产品定型。ＰＣＢ板级设计同样如此。在系统设计阶段，产品还没有进入试制，需要建立相应的系统模型并得到仿真结果以验证设计思想和设计体系正确与否，这个阶段称前仿真；前仿真通过后，产品投入试制，样品出来后再进行相应的测试和仿真，这个阶段称后仿真。假如将每一块ＰＣＢ板视为一个系统，影响这个系统正常工作的信号问题涉及到所有的硬件和软件，包括芯片、封装、ＰＣＢ物理结构、电源及电源传输网络和协议。 对系统所有部分都进行仿真验证是不现实的。应根据系统设计的要求选定部分内容进行测试仿真。本文所提及的“板级信号完整性分析”仅针对芯片引脚和走线的互连状态分析。 当被传输的信号脉冲时间参量（如上升时间、传输时间等）已缩短至和互连线上电磁波传输时间处于同一个量级时，信号在互连线上呈现波动效应，应采用微波传输线或分布电路的模型来对待互连线，从而产生了时延、畸变、回波、相邻线之间的干扰噪声等所谓的“互连效应”［１］。 假设ＰＣＢ板上芯片引脚的输入输出信号都是“干净”的，那么只要考虑互连线路本身的互连效应。事实上，每个芯片引脚在封装时都有其独特的线路特性，这些特性是由其内部的晶体管特性决定的，同样的信号在不同引脚上的传输效率差异很大。因此，在分析信号传输的互连效应时必须考虑芯片内部的电路特性以提取相对准确的电路模型，并在此基础上作进一步的分析。这个模型就是在业界被广泛使用的ＩＢＩＳ模型。 １．２ＩＢＩＳ标准模型的建立 ＰＣＢ板级信号完整性的仿真及应用 曹宇，丁志刚，宗宇伟 （上海计算机软件技术开发中心，上海２０１１１２）
于博士信号完整性研究网 https://www.doczj.com/doc/d09228573.html, 电源完整性设计详解 作者：于争 博士 2009年4月10日
目 录 1 为什么要重视电源噪声问题？....................................................................- 1 - 2 电源系统噪声余量分析................................................................................- 1 - 3 电源噪声是如何产生的？............................................................................- 2 - 4 电容退耦的两种解释....................................................................................- 3 - 4.1 从储能的角度来说明电容退耦原理。..............................................- 3 - 4.2 从阻抗的角度来理解退耦原理。......................................................- 4 - 5 实际电容的特性............................................................................................- 5 - 6 电容的安装谐振频率....................................................................................- 8 - 7 局部去耦设计方法......................................................................................- 10 - 8 电源系统的角度进行去耦设计..................................................................- 12 - 8.1 著名的Target Impedance（目标阻抗）..........................................- 12 - 8.2 需要多大的电容量............................................................................- 13 - 8.3 相同容值电容的并联........................................................................- 15 - 8.4 不同容值电容的并联与反谐振（Anti-Resonance）......................- 16 - 8.5 ESR对反谐振（Anti-Resonance）的影响......................................- 17 - 8.6 怎样合理选择电容组合....................................................................- 18 - 8.7 电容的去耦半径................................................................................- 20 - 8.8 电容的安装方法................................................................................- 21 - 9 结束语..........................................................................................................- 24 -
时序计算和Cadence仿真结果的运用 中兴通讯康讯研究所EDA设计部余昌盛刘忠亮 摘要：本文通过对源同步时序公式的推导，结合对SPECCTRAQuest时序仿真方法的分析，推导出了使用SPECCTRAQuest进行时序仿真时的计算公式，并对公式的使用进行了说明。 关键词：时序仿真源同步时序电路时序公式 一．前言 通常我们在时序仿真中，首先通过时序计算公式得到数据信号与时钟信号的理论关系，在Cadence仿真中，我们也获得了一系列的仿真结果，怎样把仿真结果正确的运用到公式中，仿真结果的具体含义是什么，是我们正确使用Cadence仿真工具的关键。下面对时序计算公式和仿真结果进行详细分析。 二．时序关系的计算 电路设计中的时序计算，就是根据信号驱动器件的输出信号与时钟的关系（Tco——时钟到数据输出有效时间）和信号与时钟在PCB上的传输时间（Tflytime）同时考虑信号驱动的负载效应、时钟的抖动（Tjitter）、共同时钟的相位偏移（Tskew）等，从而在接收端满足接收器件的建立时间（Tsetup）和保持时间（Thold）要求。通过这些参数，我们可以推导出满足建立时间和保持时间的计算公式。 时序电路根据时钟的同步方式的不同，通常分为源同步时序电路（Source-synchronous timing）和共同时钟同步电路（common-clock timing）。这两者在时序分析方法上是类似的，下面以源同步电路来说明。 源同步时序电路也就是同步时钟由发送数据或接收数据的芯片提供。图1中，时钟信号是由CPU驱动到SDRAM方向的单向时钟，数据线Data是双向的。 图1
图2是信号由CPU 向SDRAM 驱动时的时序图，也就是数据与时钟的传输方向相同时 的情况。 Tsetup ’ Thold ’ CPU CLK OUT SDRAM CLK IN CPU Signals OUT SDRAM Signals IN Tco_min Tco_max T ft_clk T ft_data T cycle SDRAM ’S inputs Setup time SDRAM ’S inputs Hold time 图2 图中参数解释如下： ■ Tft_clk ：时钟信号在PCB 板上的传输时间； ■ Tft_data ：数据信号在PCB 板上的传输时间； ■ Tcycle ：时钟周期 ■ Tsetup’：数据到达接收缓冲器端口时实际的建立时间； ■ Thold’：数据到达接收缓冲器端口时实际的保持时间； ■ Tco_max/Tco_min ：时钟到数据的输出有效时间。 由图2的时序图，我们可以推导出，为了满足接收芯片的Tsetup 和Thold 时序要求，即 Tsetup’>Tsetup 和Thold’>Thold ，所以Tft_clk 和Tft_data 应满足如下等式： Tft_data_min > Thold – Tco_min + Tft_clk （公式1） Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max + Tft_clk (公式2) 当信号与时钟传输方向相反时，也就是图1中数据由SDRAM 向CPU 芯片驱动时，可 以推导出类似的公式： Tft_data_min > Thold – Tco_min - Tft_clk （公式3） Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max - Tft_clk （公式4） 如果我们把时钟的传输延时Tft_clk 看成是一个带符号的数，当时钟的驱动方向与数据 驱动方向相同时，定义Tft_clk 为正数，当时钟驱动方向与数据驱动方向相反时，定义Tft_clk 为负数，则公式3和公式4可以统一到公式1和公式2中。 三．Cadence 的时序仿真 在上面推导出了时序的计算公式，在公式中用到了器件手册中的Tco 参数，器件手册中 Tco 参数的获得，实际上是在某一种测试条件下的测量值，而在实际使用上，驱动器的实际 负载并不是手册上给出的负载条件，因此，我们有必要使用一种工具仿真在实际负载条件下 的信号延时。Cadence 提供了这种工具，它通过仿真提供了实际负载条件下和测试负载条件 下的延时相对值。 我们先来回顾一下CADENCE 的仿真报告形式。仿真报告中涉及到三个参数：FTSmode 、
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