SIwave:使用 PI Advisor 优化电源平面

SIwave 是一种全波功率完整性(PI)、信号完整性(SI)和电磁干扰(EMI)分析工具。它可以建模、设计、验证、优化和调试PCB、封装、IC基板和芯片(或其任意组合)中的PI/SI/EMI行为。SIwave最强大的功能之一是PI Advisor 。PI Advisor 评估 PDN 阻抗,并推荐满足指定目标阻抗 所需的最佳解耦电容数量和数值。
然而,PI Advisor 并未优化电容器的位置;用户必须根据布局限制和回流路径确定位置。


负载类别(修正工程定义)

PDN设计通常考虑三类负载行为:

1. 电流消耗相对恒定的负载

示例:LNA、HPA、时钟缓冲器、SerDes偏置电路。

这些器件几乎持续吸取电流,且高频瞬态有限。
**目标:**减少供电噪声并确保偏置干净。

  • 电容器主要用于降低噪声,而非瞬态供电。

  • 宽带解耦用于保持工作频率内的供电波动较低。


2. 具有大且快速动态电流瞬态的负载

示例:CPU、GPU、FPGA、ASIC核心、DDR和高速数字逻辑。

这些器件在切换过程中会产生较大的 DI/dt。
**目标:**在宽带宽内实现低PDN阻抗(Z_target)。

  • 除电容必须在切换边缘提供快速瞬态电流。

  • PDN阻抗必须保持在目标阻抗以下,由

  • PI Advisor 专为这种负载类型设计,因为保持全频低阻抗是主要要求。


3. 电流大但周期性 或爆发型负载

例如:高速ADC/DAC、射频收发器、突发运行中的SERDES发射器。

这些负载需要大量瞬时充电 ,通常与时钟同步。
重要提示: PI Advisor 不太适合这些负载,原因如下:

  • 主要需求是储能,而不仅仅是满足频域阻抗目标。

  • 短暂行为占主导;VRM响应时间(通常为数十微秒)对于这些突发来说过慢。

  • 本地电容器必须在VRM恢复前提供所需的电荷,持续数个周期。

因此,对于这种类型,需要人工工程判断和瞬态分析(时域PI)。

加载包含Type-2功率平面的PCB设计,并启动PI向导 以分配端口。确保包含VRM端口,因为其输出阻抗会在PI Advisor中输入。分配端口后,启动PI Advisor。

在 PI Advisor 窗口的第一部分,选择加载端口 ,并在其下方指定 VRM 端口 。
这时出现了VRM输出阻抗,它会在优化过程中取代VRM端口。

接下来,通过在Z11表中右键点击,一次添加一个频段来定义目标Z11配置文件。确保目标曲线接近或略低于当前功率网的Z11。

指定极限线

选择PI顾问允许修改的电容组。

在电容选择页面:

  1. 首先,选择所有现有电容器。

  2. 应用过滤器,将列表限制为仅允许PI Advisor修改的电容。

  3. 选择最终可能的电容候选列表,然后点击"指定已选候选"将其移至左下角的列表。

此赋值意味着设计中任何现有电容器都可以被替换为选定的候选值。用户还可以将现有电容器划分为组,并为每个组分配独立的候选列表。根据需要,对所有组重复此过程。

接下来是优化器的最终设置:

在优化器配置中:

  1. 选择PI顾问应优化的属性(例如阻抗、电容数量、成本)。

  2. 给每个激活属性分配权重。

  3. 设置每代成员数量,决定每个优化周期中创建的试验设计数量。

  4. 设置生成次数(优化周期)。

  5. 在结尾指定要报告多少个候选解。

  6. 输入每个活跃属性的目标值。

  7. 定义仿真频率范围。

查看解决方案,选择一个方案。

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