Cadence-PDN电源完整性分析.doc

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1、CadencePDN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。Caden

2、cePCBPDNanalysis电源平面分析主要可以解决以下几个问题：Ø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。Ø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。Ø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CadencePCBPDNanalysis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

3、先确定PCB参数的精确，如：电源平面电平IdentifyDCNets、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PDNAnalysis分析界面上点击IdentifyDCNets，Cross-Section来调整优化。1.认识PCBPDNanalysis分析界面调用AllegroPCBPDNOption或者AllegroSI-GXL的license打开PCB设计分析界面，然后在该界面中执行Analyze/PDNAnalysis命令即可打开PDN分析界面。其中主要有三个选项卡

4、PowerandGround用以设置需要分析的电源平面和地贿赂平面并相关参数设置；DecouplingCapacitors用以设置PCB电源平面上应用的去耦电容参数；ComponentsandPorts用以设定PCB中应用该电源平面的相关器件的激励端（Source）和接收端（Sink），下面将详细说明。1.1PowerandGround选项卡如下图所示：其中点击SelectDCNets将弹出电源、地网络列表，从中我们来选择需要分析的电源网络（3v3）以及对应的地回路网络（0），如下图所示，这里需要注意：必须有对应的地回路网络，没有回路，将无法进行分析。选择好待分析电源平面后，我们需要定义相关

5、的分析参数，如下面的介绍。Ripple：允许的电源平面纹波极限，典型值2.5%；MAX.DeltaCurrent：电源平面允许的最大极限电流；TargetImpedance：电源平面目标阻抗——电源平面电压*纹波比例/平面极限电流，即Zmax=（Vdd*Ripple）/Imax，Imax=50%*MAXDeltaCurrent（留有余量）；MAX.DCIRDROP：电源平面允许的最大直流压降值，压降超过该值，PDN分析将会报警；CurrentTHold：电流阀值，电流值超过界限将会报警——电源供电的器件参数有该限值；DensityTHold：电流密度限值，电流密度超过该值即会报警——由器件参

6、数中电流密度限值决定。1.1DecouplingCapacitors选项卡如下图所示：·在Configuredecouplingcapacitors区域选择待分析电源网络，然后在下面的电容参数区域，可以对设计中的去耦电容添加电容RLC参数，也可以在设计中添加不同频点的去耦电容，以提高电源平面的完整性。1.2.1添加去耦电容模型库在以上窗口中点击Library，即可指定设计中应用电容模型库，包括：选择当前设计中的去耦电容模型库；添加电容模型库——其中电容的频率参数直观的显示出来如下图所示。1.2.2添加去耦电容模型参数选择电源平面中应用的去耦电容，然后点击AddModel，其中需要添加电容的R

7、/L/C模型参数如下图所示。完成电容模型参数设定后，如果需要修改参数，可以点击EditModel以编辑优化去耦电容R/L/C参数。对于上图所示的电容模型参数，点击PlotGraph，即可在完成模型参数设置后实时看到准确的电容频域曲线，即可了解电容对哪个频段的杂波抑制效果最好——去耦电容频率特性由电容值Capacitance、特征阻抗ESR、特征电感ESL及安装寄生电感MountedInductance等参数决