siwave在单板PI设计中的应用

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1、.....SIWAVE在单板PI设计中的应用学习参考.....目录目录2第一章概述3第二章　电源完整性设计流程20第三章　电源阻抗设计22第四章　文件格式转换23第五章　仿真前预处理25第六章谐振模式仿真31第七章频率扫描（ACSWEEP）40第八章SYZ参数仿真44第九章SPICE参数提取49学习参考.....第一章概述1.1概述在电路设计中，一般我们只关心信号的质量问题，加上仿真分析软件的局限性，往往局限在信号线上进行SI仿真研究，而把电源和地当成理想的也就是一个完整的参考平面来进行仿真计算的。在速度不高的情况下这样简化分析的误差可能不是很大，但在高速设计中，

2、这种严重脱离了PCB的实际情况的简化分析，会使仿真出来的数据与实际相差甚远。PI即电源完整性的提出，正是源于当不考虑电源的影响下基于布线和器件模型而进行SI分析时所带来的巨大误差。 随着信号传输速度的增加以及设计的愈加复杂性，多种电源和多种地需要同时使用，再加上各种过孔和插件元器件的影响，使完整的地电层没有可能存在，使得地电平面被分割而成为有缺陷的平面，由此可能会产生感应噪声。当这种噪声大到一定程度时，会影响集成电路的功能和性能。这种噪声是指Delta-I、地弹或瞬态开关噪声。大量器件同时开关所需要的瞬时电流会引起电源和地平面上的电压波动，我们称之为SSN，或者D

3、elta-I噪声或者电源/地弹（Groundbounce）。由于电源/地系统提供的非理想回流路径，SSN将减慢信号传输速度。电源完整性同样直接影响最终PCB板的信号完整性。电源、地平面在供电的同时也给信号线提供参考回路，直接决定回流路径，从而影响信号的完整性；电源完整性和信号完整性二者是密切关联的，而且很多情况下，影响信号畸变的主要原因是电源系统。例如，地反弹噪声太大、去耦电容的设计不合适、回路影响很严重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理、电流不均匀等等。良好的地电平面设计正是电源完整性设计所涉及的内容，通常通过设计合适的电源目标阻抗来实现。将芯片工作电源

4、、地作为一个端口，如果该电源目标阻抗越小，则从噪声源耦合到电源分配系统的噪声也就越小。所以通过调整PCB叠层，电源、地的合理分割、去耦电容容量的选取以及位置的摆放等等措施来调整目标阻抗，使电源的波动在正常的工作范围内，从而达到电源完整性的要求。低的电源、地噪声也直接影响到对EMI的控制。根据FCC标准，在1GHz的频段范围内，要求整机的辐射发射和传导发射不得超过标准值。EMI在很大程度上和电源、地设计有关，因为电源完整性问题就其根本原理而言就是一个较为复杂的电路与电磁场相互影响的问题。通过电源完整性设计来降低电源及电地平面引起的EMI辐射，也是降低整板EMI辐射的

5、一个手段。1.2电源地平面的谐振特性在高频时，由于分布电感ESL的影响，电源、地平面相当于一个谐振腔，具有谐振特性。图1－1是一块完整的PCB板模型，从图中我们可以看到，电源平面其实可以看成是由很多电感和电容构成的网络，也可以看成是一个共振腔，在一定频率下，这些电容和电感会发生谐振现象，从而影响电源层的阻抗。随着频率的增加，电源阻抗是不断变化的，尤其是在并联谐振效应显著的时候，电源阻抗也随之明显增加。造成电源不稳定的根源主要在于两个方面：一是器件高速开关状态下，瞬态的交变电流过大；二是电流回路上存在的电感。从表现形式上来看又可以分为三类：同步开关噪声（SSN），地

6、弹（Groundbounce）现象也可归于此类（图1-a）；非理想电源阻抗影响（图学习参考.....1-b）；谐振及边缘效应（图1-c）。归根到底，都是由于电源地平面的谐振阻抗特性所造成的。图1－1PCB等效模型1.3电源分配系统电源完整性设计是一件十分复杂的事情，但是如何控制电源系统（电源和地平面）之间阻抗是设计的关键。理论上讲，电源系统间的阻抗越低越好，阻抗越低，噪声幅度越小，电压损耗越小。实际设计中我们可以通过规定最大的电压和电源变化范围来确定我们希望达到的目标阻抗，然后，通过调整电路中的相关因素使电源系统各部分的阻抗（与频率有关）去逼近目标阻抗。也就是通过

7、去耦电容、平板电容、叠层等手段调整阻抗。学习参考.....图1-2电容、平面滤波的频率特性1.4滤波电容特性在频率很高时，电容不能再被当作一个理想的电容看，而应该充分考虑到它的寄生参数效应，通常电容的寄生参数为ESR,ESL，其等效电路如图1－3。串联的RLC电路在f处谐振。其曲线如图1－4。图中f为串联谐振频率（SRF），在f之前为容性，而在f之后，则为感性，相当一个电感，所以在选择滤波电容时，必须使电容器工作在谐振频率之前。图1－3电容等效电路由串联谐振回路的谐振频率计算公式可知：自谐振频率，图1－4电容器阻抗特性1.4.1去耦、滤波电容的选择在电源完整性设计

8、中，我们要