电源完整性仿真让电路板更完美
PCB设计中的电源信号完整性的考虑
PCB设计中的电源信号完整性的考虑在PCB设计中，电源信号的完整性是一个非常重要的考虑因素。
电源信号完整性主要关注信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
以下是在PCB设计中考虑电源信号完整性的几个重要方面：1.电源供电稳定性：电源信号的稳定性对系统的正常运行至关重要。
在设计中，应该选择具有稳定输出的电源，以确保电压和电流在整个系统中能够保持稳定。
稳定的电源可以减少系统噪声和漂移，提高系统性能和可靠性。
2.电源噪声和滤波：电源信号中的噪声可能会对系统的性能产生负面影响。
在PCB设计中，应采取一些滤波措施来降低电源噪声。
可以使用滤波电容和电源滤波器来抑制高频噪声。
此外，在布局中应该将电源线和地线分离，并与信号线保持足够的距离，以减少互联干扰。
3.电源线宽度和引出：电源线的宽度和布局对电源信号的完整性有重要影响。
电源线的宽度和长度应根据所需的电流和电压降进行计算。
在高电流应用中，更宽的电源线可以减少电源线的电阻和热降，确保供电稳定。
此外，应避免将电源线与其他信号线交叉，以减少互联干扰。
4.电源平面和地面平面：为了提供一个低电阻、低阻抗的供电路径，设计中通常会使用电源平面和地面平面。
电源平面提供了一个低阻抗的供电回路，可以降低电源噪声和电源电压的波动。
地面平面则提供了一个低阻抗的地引用，减少了信号线和电源线之间的串扰和互联干扰。
5.电源分区：在复杂的PCB设计中，将电源信号按照不同的功能分区是一个好的实践。
不同的模块或器件可能有不同的电源需求，分区设计可以简化供电布线，减少供电路径交叉，提高系统的电源完整性。
6.过热和过电流保护：为了保护系统免受过热和过电流的损害，设计中应考虑一些保护措施，如过热保险丝、过压保护器和电流限制器。
这些保护措施可以防止电源故障对系统产生严重影响，并提高系统的可靠性。
综上所述，在PCB设计中，电源信号的完整性是至关重要的。
通过选择稳定的电源、合理布局、适当的滤波和保护措施，可以提高电源信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力，从而改善系统的性能和可靠性。
信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告
信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告一、选题背景及意义信号完整性和电源完整性感性地理解，即不同的信号和电源是否能够在电路中保持其原始状态。
在高速PCB设计中，信号完整性问题和电源完整性问题是非常普遍的，它们会产生各种各样的电路干扰，如噪音、电磁干扰等等，从而导致电路性能的下降或者系统功能的失效。
因此，实现信号完整性和电源完整性对于保证电路性能和系统可靠性是至关重要的。
然而，在高速PCB设计中，对于信号完整性和电源完整性的研究与仿真是一个非常重要的环节。
二、研究目标本研究的主要目标是探讨信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题，例如信号的传输和噪声的抑制、电源的供电质量和稳定性等等。
通过对实验和仿真的比较，分析影响信号完整性和电源完整性的因素，并提供相应的设计方法和方案。
三、研究内容与步骤1、了解信号完整性和电源完整性相关的理论知识。
2、分析信号完整性和电源完整性的影响因素。
3、研究现有的信号完整性和电源完整性仿真方法，并结合实验进行对比分析。
4、验证设计方案，通过仿真分析和实验验证，确定最优解决方案。
5、总结研究成果，提出针对信号完整性和电源完整性研究的未来发展方向。
四、预期成果与创新点预计本研究将通过实验和仿真，提供了解信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题的详细分析，为保证电路性能和系统可靠性提供设计方案和方法，并为相关领域的研究提供创新点。
五、研究方法本研究采用实验和仿真相结合的方法，通过实验验证仿真结果的准确性，并通过仿真得到更多有价值的信息。
在实验方面，将借助现有的测试设备进行测试，如信号发生器、示波器等。
在仿真方面，将采用相应的仿真软件工具，如Altium Designer 等进行仿真。
六、研究难点1、信号完整性和电源完整性影响因素的综合分析。
2、如何针对信号完整性和电源完整性的问题提供最优解决方案。
3、通过仿真和实验得到准确的结果和分析。
七、时间安排本研究计划在2021年9月至2022年6月期间完成。
电路板级的信号完整性问题和仿真分析
电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。
信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。
由于电子产品向高速、微型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。
常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。
这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，找到解决它们的一些途径。
传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计的效率。
使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高产品的设计效率。
这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。
关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-0320世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。
随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。
特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。
但同时却给电子设计带来一个新的问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理越来越快的信号。
这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。
为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。
元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。
但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。
SIwave电源完整性仿真教程
SIwave电源完整性仿真教程目录1软件介绍 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
功能概述................................................................................................... 错误!未定义书签。
操作界面................................................................................................... 错误!未定义书签。
常用热键................................................................................................... 错误!未定义书签。
2仿真的前期准备............................................................................................ 错误!未定义书签。
软件的准备............................................................................................... 错误!未定义书签。
PCB文件导入 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
Launch SIwave方式........................................................................ 错误!未定义书签。
集成电路中电源完整性分析与优化
集成电路中电源完整性分析与优化哎呀，一说起集成电路中的电源完整性分析与优化，这可真是个既有趣又有点复杂的话题。
就拿我前阵子遇到的一件事儿来说吧。
我有个朋友在一家小型电子厂工作，他们正在研发一款新的智能设备。
结果在测试阶段，总是出现莫名其妙的故障，一会儿屏幕闪烁，一会儿系统卡顿。
经过一番排查，发现问题竟然出在电源完整性上！咱们先来说说电源完整性是啥。
简单来讲，就是确保集成电路中电源的供应稳定、干净，没有杂波和干扰。
这就好比咱们家里用电，如果电压不稳，那电灯可能会忽明忽暗，电器也容易出毛病。
在集成电路里也是一样，如果电源不干净、不稳定，那整个电路系统就可能会“闹脾气”，不好好工作。
那怎么去分析电源完整性呢？这可得有一双“火眼金睛”。
首先，得看看电源的布线合不合理。
就像咱们修马路，如果路修得弯弯曲曲、宽窄不一，那车跑起来能顺畅吗？电源布线也是这个道理，如果线走得乱七八糟，电流通过的时候就会遇到阻碍，产生压降和噪声。
再来说说电源的阻抗。
阻抗这东西就像电路中的“拦路虎”，如果阻抗不匹配，那电源能量的传输就会大打折扣。
想象一下，你想给朋友递个东西，结果中间有人伸手拦一下，东西能顺利到朋友手里吗？还有电容的布局和选型也很关键。
电容就像是电路中的“小水库”，能储存和释放电能，起到平滑电源波动的作用。
要是电容选得不对或者放的位置不合适，那“小水库”可就发挥不了作用啦。
分析完了，就得想办法优化。
优化的方法有很多，比如说合理规划电源平面，让电流能够顺畅地流动；选择合适的去耦电容，把电源中的杂波“吃掉”；还有优化电源的布线，减少阻抗。
就像我朋友他们那个产品，经过仔细的分析和优化，重新调整了电源布线，增加了一些合适的去耦电容，问题终于解决了，产品也顺利投入生产。
总之，集成电路中的电源完整性分析与优化可不是一件简单的事儿，需要我们像侦探一样，仔细观察、认真分析，找到问题的根源，然后对症下药，才能让集成电路稳定可靠地工作。
这不仅需要扎实的理论知识，还需要丰富的实践经验。
高速PCB板的电源信号完整性和地弹仿真
利用基于电磁场分析的设计软件来选择和放置去耦电容用以能够减小电源和地之间的开关噪声。
高速PCB 板的电源信号完整性和地弹仿真随着信号边沿速率变得更快，今天的高速数字PCB 板设计者们遇到了几年前从未曾想到的问题。
在信号边沿速率小于1ns 时，PCB 板的电源/地层之间的电压会在整个层之间呈现不均匀分布状态，可能会影响供给集成芯片的电压，导致出现逻辑错误。
为了保证高速器件的正确运行，你必须排除电压的变化，保持正确的低阻供电路径。
为了达到这个目标，你必须放置去耦电容来减小高速信号在电源和地层之间产生的噪声。
因此，你必须知道需要使用的电容个数、电容大小和放置的位置。
因为你可能要根据电路板的实际情况加入大量的电容器，因此，这些细节可能成为决定板子设计成功与否的重要因素。
试凑是很耗时和代价昂贵的，经常导致过度设计，这会增加不必要的制造成本。
利用软件工具来分析和优化电路板设计和进行板的实时仿真，会提供一种更实用的方式来进行对多种可能使用电压板配置进行选择。
这篇文章利用Ansoft 的SIwave 软件阐述了用于光纤-光/宽带-无线网络的xDSM （密集-副载波-多路复用）板的这一过程，SIwave 软件是一种全波的，基于有限元法的仿真工具，它由一些设计工具中引入板图设计，如Cadence 的Allegro ，Mentor Graphics Board Station ，Synopsys Encore 和Zuken CR-5000 Board Designer 。
图1表示了在SIwave 中的电路板设计。
因为PCB 板的结构是平面的，SIwave 能够有效的进行深入分析。
输出参数包括了板的谐振、阻抗、所选网络的S 参数和spice 的模型。
图1xDSM 板的整个尺寸，也就是电源和地层的尺寸是2.711×in.（cm 3.1828×）。
电源和地层都采用了1.4mil 厚的铜层，它们之间被23.98mil 厚的介质衬底分开。
信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计.doc
信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计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。
在讨论信号完整性设计的性能时，如果指定不同的收发参考端口，就要用不同的指标来描述信号还原程度。
通常情况下指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时，主要使用上升/下降及保持时间等指标来描述信号还原程度。
当指定的参考收发端口是信道编码器输入端及解码器输出端时，就要用误码率来描述信号还原程度。
电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
同样，对于同一系统中的同一个器件，如果指定的端口不同，那么对正常工作的电源要求也不同。
通常情况下指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的手册中应给出该端口处的相应指标，常用的有纹波大小或电压最大偏离范围。
一个典型背板信号传输的系统示意图如图1所示。
本文中系统一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。
在设计时，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。
但是，由于这些支撑与互联结构会对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，因此，会对信号及电源的完整性产生影响。
同时，在相同的传输环境下，不同传输协议及不同数据内容的表达方式具有不同的适应能力，因此，需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。
图1 背板信号传输的系统示意图版图完整性问题、分析与设计上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。
这种层叠平板结构可以由3类元素组成：正片结构、负片结构及通孔。
正片结构有时也被称为信号层，该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线，在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现；负片结构有时也被称为平面层(细分为电源平面层和地平面层)，该层上基本是相同逻辑的一个或少数几个连接(通常是电源连接或地连接)，用大面积敷铜的方式实现，在光刻工艺中用相反图形来表示；通孔用来进行不同层之间的物理连接。
ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计
ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计ADS（Advanced Design System）是一种强大的电子设计自动化（EDA）软件，用于电路和系统级设计。
在电路设计中，信号完整性（SI）和电源完整性（PI）是非常重要的因素。
因此，进行ADS信号完整性和电源完整性的仿真分析与设计是必不可少的。
信号完整性是指在高速数字信号传输的过程中，保持信号的完整性，避免信号的损失和失真。
电源完整性是指在高速数字电路中，保持电源电压稳定和电源噪声控制在可接受的范围内。
信号完整性和电源完整性在高速数字设计中相互影响，因此需要进行综合的仿真分析和设计。
首先，进行ADS信号完整性仿真分析与设计。
在进行信号完整性仿真时，主要考虑以下因素：1.传输线特性：对于高速信号传输，传输线特性是非常重要的。
可以通过ADS中的传输线模型来模拟传输线参数，如阻抗、延迟等。
通过仿真分析传输线的特性，可以确定合适的传输线设计参数。
2.反射和串扰：在高速信号传输过程中，反射和串扰是常见的问题。
可以通过ADS中的S参数仿真来分析信号的反射和串扰情况。
根据仿真结果，可以进行线路调整和匹配设计，减少反射和串扰产生的影响。
3.功耗和功耗分布：在高速数字设计中，功耗和功耗分布对信号完整性有着重要的影响。
可以通过仿真分析电路的功耗和功耗分布，根据仿真结果进行优化设计，提高信号完整性。
同时，进行ADS电源完整性仿真分析与设计。
在进行电源完整性仿真时，主要考虑以下因素：1.电源电压稳定：在高速数字电路中，电源电压的稳定性对电路性能有着重要的影响。
可以通过ADS中的电源仿真模块来分析电源电压的稳定性，并根据仿真结果进行电源电路设计和优化。
2.电源噪声：在高速数字电路中，电源噪声是一个常见的问题。
可以通过ADS中的噪声仿真模块来分析电源噪声的影响，并根据仿真结果进行滤波器设计和优化，降低电源噪声对电路性能的影响。
3.电源供电线路：在进行电源完整性设计时，还需要考虑电源供电线路的设计。
基于Cadence的电源完整性仿真步骤
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。
从仿真到测试了解电源完整性,信号完整性
从仿真到测试了解电源完整性,信号完整性
自动驾驶，虚拟和增强现实以及大数据分析等很多需求目前都在推动更快的数据传输和海量数据的处理。
这一工作的核心和关键是设计更快速的系统和互连设施，包括连接它们的高速互连接口和总线，比如PCI Express，正在持续提升速度，2019年将转向32 Gbps，其后不久将出现> 40 Gbps。
这一目标的实现是不会轻而易举的。
设计人员必须明白，新技术必须权衡取舍才能达到更快的速度。
在许多情况下，权衡是由信号和电源完整性问题和挑战引起的。
比如PCIE5.0即使在均衡之后，要达到32 Gpbs 目前的眼高仅为8mV pp！PAM-4调制技术越来越受欢迎，但PAM-4的噪声对灵敏度的挑战带来的信号完整性问题非常严峻。
PCIE4.0及5.0：从仿真到测试
PCIE总线作为今天最流行的接口互连总线正在渗透到我们每个人的生活中，从各种终端到核心网络中的互连系统和设备，其复杂性和多样性带来的挑战也是最大的。
如何有效地结合规范和标准根据实际的应用和市场需求设计出最具性价比的产品? 打通设计仿真、链路测试、发送和接收测试，让他
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HDMI2.1和DP1.4测试更新。
SIwave电源完整性仿真教程
SIwave电源完整性仿真教程V1.0目录1软件介绍 (4)2.1功能概述 (4)2.2操作界面 (5)2.3常用热键 (7)2仿真的前期准备 (8)2.1软件的准备 (8)2.2 PCB文件导入 (8)2.2.1 Launch SIwave方式 (8)2.2.1 ANF+CMP方式 (9)2.3 PCB的Validation Check (10)2.4 PCB叠层结构设置 (11)2.5仿真参数设置 (13)2.6 RLC参数修正 (14)2.6.1 RLC的自动导入 (14)2.6.2检视自动导入的RLC默认值 (15)2.6.3批量修改RLC值 (16)2.6.4套用大厂的RLC参数 (16)3 SIwave仿真模式 (17)3.1谐振模式 (17)3.2激励源模式 (19)3.3 S参数分析 (22)4实例仿真分析 (24)4.1从Allegro中导入SIwave (24)4.2 Validation Check (24)4.3叠层结构设置 (24)4.4无源参数RLC修正 (25)4.5平面谐振分析 (27)4.6目标阻抗（Z参数）分析 (28)4.7选取退耦电容并添加 (29)4.8再次运行仿真查看结果 (30)5问题总结 (32)5.1 PCB谐振的概念 (32)5.2为何频率会有实部和虚部 (33)5.3电容的非理想特性影响 (34)5.4地平面完整与回流路径连续 (34)5.5电源目标阻抗 (35)1软件介绍2.1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。
芯片设计中的电源完整性优化方案有哪些
芯片设计中的电源完整性优化方案有哪些在当今的科技领域，芯片作为核心组件，其性能和稳定性对于各种电子设备的运行至关重要。
而在芯片设计中，电源完整性是一个关键的考虑因素。
电源完整性不佳可能导致信号失真、噪声增加、性能下降甚至芯片失效等问题。
那么，为了确保芯片的正常运行，有哪些有效的电源完整性优化方案呢？首先，合理的电源分配网络（PDN）设计是基础。
PDN 就像是芯片的“血管”，负责为各个部分输送稳定的电源。
在设计 PDN 时，需要考虑到电流的需求、电阻和电感的影响。
通过使用多层板和大面积的电源平面，可以减小电阻和电感，从而降低电源线上的电压降和噪声。
同时，合理规划电源引脚的布局，使得电流能够均匀地分布到芯片的各个区域。
其次，去耦电容的选择和布局也非常重要。
去耦电容就像是电源的“蓄水池”，能够在电流需求突然变化时迅速提供能量，从而稳定电源电压。
在选择去耦电容时，需要考虑电容的容量、等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）等参数。
通常，会使用多种不同容量的电容组合，以覆盖不同频率范围的噪声。
在布局去耦电容时，应尽量靠近电源引脚和芯片的敏感区域，以减少寄生电感的影响。
芯片封装的设计也对电源完整性有着显著的影响。
优质的封装可以降低电感和电阻，提高电源的传输效率。
例如，采用倒装芯片封装技术，可以缩短芯片与封装之间的连接路径，从而减小电感。
此外，优化封装的引脚布局和电源引脚的数量，也有助于改善电源的分布。
在芯片内部，电源门控技术是一种有效的节能和优化电源完整性的方法。
通过在不需要某些模块工作时关闭其电源，可以减少静态功耗，同时降低电源噪声的影响。
这种技术需要在设计时仔细考虑电源开关的控制逻辑和时序，以避免出现错误的操作。
电源网格的布线也是一个关键环节。
布线的宽度和间距需要根据电流大小进行合理设计，以确保足够的电流承载能力。
同时，要尽量避免直角转弯和过长的走线，以减小电感的影响。
使用先进的布线工具和算法，可以帮助优化电源网格的布线。
电路板设计中的仿真分析与性能优化
电路板设计中的仿真分析与性能优化电路板设计是研发各类电子设备的核心环节，其中仿真分析与性能优化是不可或缺的重要步骤。
正确的仿真分析过程可以提高电路板性能，并减少生产成本。
本文将探讨仿真分析的流程和其在电路板设计中的优化应用。
1. 仿真分析的流程仿真分析是电路板设计中的关键步骤之一，而正确的仿真流程是确保设计成果的可靠性和可行性的基础。
下面论述仿真分析的具体流程：1. 负载仿真电路板中的负载包括电阻、电容、电感等元器件，在计算负载时必须进行仿真。
通过这些元器件绘制电路原理图并进行仿真分析，可以得出电路的稳定性和可靠性指标。
2. 器件选择器件选择是电路板设计中的一个非常关键的环节。
在选用器件时，必须考虑性能指标、电流变化及其对电路板的影响等因素。
通过仿真分析，可以根据实际情况优化器件选择，避免选择不合适的元器件造成思想定势的影响。
3. 电路仿真电路仿真是电路板设计中最为关键的一部分。
通过仿真软件可以快速得到电路节点的电平值和信号波形，根据仿真结果进行优化，进一步提高电路性能。
4. 电磁兼容仿真电磁兼容仿真是一种描述复杂电磁场以及电子器件在复杂电磁环境下产生的电磁干扰方法。
针对电磁干扰的不同因素，这个仿真方法有不同的流程，只有正确和彻底的仿真可以保证电路的电磁兼容性。
2. 仿真分析在电路板设计中的优化应用通过仿真分析，在电路板设计过程中可以进行以下优化：1. 器件选择的优化正确的器件选择可以直接影响电路板的性能，通过仿真分析可以优化器件的选择，降低因为器件选择不当造成的质量问题，提高电路性能。
2. PCB电容分布和阻抗匹配的优化在PCB板设计过程中，排布电容的位置和阻抗的匹配对于整个电路的性能有着重要的影响。
仿真分析可以得出精确的PCB电容分布和阻抗匹配，提高电路的稳定性和寿命。
3. 模拟电路的性能优化在电路板的设计过程中，模拟电路是相当重要的一环，负载电流和输出电压指标，需经过仿真分析进行验证。
优化其性能可以更好的满足电子设备的实际需要。
电源完整性仿真让电路板更完美
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。
基于Cadence的电源完整性仿真步骤
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。
电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真
电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真随着信号的沿变化速度越来越快，今天的高速数字电路板设计者所遇到的问题在几年前看来是不可想象的。
对于小于1纳秒的信号沿变化，PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的 各处都不尽相同，从而影响到IC芯片的供电，导致芯片的逻辑错误。
为了保证高速器件的正确动作，设计者应该消除这种电压的波动，保持低阻抗的电源分配路径。
为此，你需要在电路板上增加退耦电容来将高速信号在电源层和地层上产生的噪声降至最低。
你必须知道要用多少个电容，每一个电容的容值应该是多大，并且它们放在电路板上什幺位置最为合适。
一方面你可能需要很多电容，而另一方面电路板上的空间是有限而宝贵的，这些细节上的考虑可能决定设计的成败。
反复试验的设计方法既耗时又昂贵，结果往往导致过约束的设计从而增加不必要的制造成本。
使用软件工具来仿真、优化电路板设计和电路板资源的使用情况，对于要反复测试各种电路板配置方案的设计来说是一种更为实际的方法。
本文以一个xDSM(密集副载波多路复用)电路板的设计为例说明此过程，该设计用于光纤/宽带无线网络。
软件仿真工具使用Ansoft的SIwave，SIwave基于混合全波有限元技术，可以直接从layout工具Cadence Allegro, Mentor Graphics BoardStation, Synopsys Encore和Zuken CR-5000 Board Designer导入电路板设计。
图1是SIwave中该设计的PCB版图。
由于PCB 的结构是平面的，SIwave可以有效的进行全面的分析，其分析输出包括电路板的谐振、阻抗、选定网络的S参数和电路的等效Spice模型。
图1, SIwave中xDSM电路板的PCB版图，左边是两个高速总线，右边是三个Xilinx的FPGA。
xDSM电路板的尺寸，也就是电源层和地层的尺寸是11×7.2 英寸（28×18.3 厘米）。
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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”)。
Sigrity公司产品营销经理Brad Brim说，为芯片提供电能的电源分配网络需要有低的等效电感：对内核电压为0.01nH，对I/O电源为1nH。
他指出，电源层会将噪声耦合到信号中。
某些情况下，布放在两个地层之间的一根信号线有15mV的噪声。
当布局人员在电源层和地层之间布放相同信号时，它的噪声达45mV。
电源完整性工具可以对设计做出一种决定性的优化。
当你做布局优化时，不能使用经验性的去耦方法。
Ansys公司的Patel 称，软件能帮助你决定电容的数量、类型以及成本。
这些工具还能告诉你改变各层之间距离的效果。
例如，TechDream公司总裁兼创始人Yoshi Fukawa称，NEC公司的PI(电源完整性)Stream能通过增加或移动电容，改变容值和层的形状，以及改变电源层与地层之间的距离，帮助你获得自己的阻抗目标。
Mentor公司的Kohlmeier认为：“你可以用CAD文件做假设分析的实验。
这比硬件重试要快得多。
这就是虚拟原型的价值。
”因此，仿真软件的使用就很重要，这样可以在设计阶段的早期做出关键性的决策。
改变电容位置、电容数量以及其它变量也许不会影响到其它部门，但为了提高层间电容而减少层间距离，则会影响整个设计团队(图3)。
Sanmina-SCI有专利的现代制造方法，可以设计出4mil介电质的层间厚度，增加了层间的电容。
解决问题的方法Kohlmeier表示，电源完整性仿真要比很多工程师的预期更加困难，因为必须考虑每只电容、连接过孔，以及功率层的结构。
他指出，连接两个层面的过孔会降低供电网络的阻抗，因此它和电容一样重要。
与电源完整性不同，信号完整性一般会涉及一些走线，用示波器就可以在时域中测量信号完整性。
使用Port 1至Port 1的Z11阻抗曲线，对电源完整性的仿真可以得到频域的阻抗。
要了解一个功率层的阻抗问题，需要一台VNA(矢量网络分析仪)，它很难使用。
仿真是测量的补充，而不是替代，它们能在制造前就提供出有关PCB性能的重要信息。
Sigrity公司的Brim称：“无论你的仿真软件有多快，也快不过一次测量。
”不过他指出，你得有一块已制造好的PCB才能做快速测量。
你必须相信IC设计者已完成的工作，相信所使用的芯片没有电源完整性问题。
Ansys公司的Patel称，“IC及其打线都不是电源完整性的关键，”因为IC电源管脚与打线都是并联的(图4)。
Mentor Graphics公司HyperLynx的工程总监Steve Kaufer 就认为，那些缺乏避免电源完整性和信号完整性问题的技术知识的布局工程师们，则经常是问题的根源。
电源完整性软件能帮助你解决直流和交流问题，另外电源层与地层之间的空穴都是RF波导。
为处理直流问题，必须确保PCB层可以承载需要提供的电流量。
为处理交流问题，必须确保电源系统可以为现代芯片提供所需的快速变化电流。
最后，注意波导的行为可能是非直观的。
RF问题在防备EMI(电磁干扰)问题时很重要，它会使你的电路板无法通过FCC(联邦通信委员会)的认证。
如果设计采用了大的板面，则使用仿真就很重要，大板面会产生谐振。
如果你的板面会从层间空腔发射出RF，则用适当的软件仿真可以帮助EMI工程师解决这类问题。
纠正方法可以是围绕电路板边缘布放电容。
Sun Microsystems公司有一个专利6727780，它使用与电容串联的电阻，这样RF能量就能在电路板边缘被吸收，而不会反射回结构内。
数字芯片要求有大的电流，这可能造成直流电源的供电问题(参考文献2)。
FPGA和其它数字芯片都需要很多种电源电压，因此，必须将电源层分割开，以提供多个电压轨。
数字芯片还有几百个管脚，需要数百只过孔，会覆盖电源层和地层的广大铜箔区域。
必须确保在为这些层所选择的铜箔上，电流密度保持低于某个合理值(图5)。
高的直流电流也会造成热问题。
铜的温度系数为0.4%/°C，即温度每升高25°C，电阻增加10%。
这种电阻的增长出现在沉重负载下，此时可靠性非常关键。
电阻的增长亦使温度升高，减少了电路板上元器件的寿命。
一旦有了充足的铜箔提供直流负载，就要注意电源层的交流设计(图6)。
电源完整性仿真能够检查返回电流流经电源层的位置。
在运行时，一只数字芯片获得的电流强度是不同的，而且以纳秒为单位变化。
电源系统必须有足够低的交流阻抗，能随电流而变化(表达式为di/dt，即电流导数/时间导数)，从而不致使芯片管脚的电源电压发生大的变化。
由于di/dt也会发射电磁能量，这些偏移可能造成EMI问题。
因此，信号完整性、电源完整性和EMI符合性都是相互关联的。
如果没有仿真，你的设计就可能出现过孔间的串扰和其它似乎莫名其妙的问题。
软件选择一个电源网络的实际几何尺寸对其性能非常重要，因此大多数软件供应商都在自己的电源完整性工具中使用了场解算器技术(参考文献3)。
这些工具应能给你一个快捷答案和精确的结果。
RF-IC与系统设计者一般使用全波场解算器，解3D的Maxwell方程。
不过，3D场解算器要花很长时间才能得到结果，尤其是用于相对较大的物理项时，如PCB板。
因此，电源完整性供应商在自己的电源完整性工具中设计了混合型解算器技术。
在解算走线时，这些工具采用一种利用传输线理论快速技术的2D解算器。
在仿真平面时，工具可以使用2D或2.5D的有限元技术。
在某些情况下，软件可以用一种集总参数元件的电容和电感模型，为过孔建模。
要获得更精确的结果，工具可对过孔采用一种全波3D解算器。
另外，还可以采用一种全波解算器去仿真3D结构的效果，如连接器管脚以及电源路径中的其它机械器件。
软件供应商还在自己工具中置入了热分析功能。
可以单独使用它，或将热量信息输出给一个专用的热分析工具，如Mentor Graphics公司的FloTherm，这是一个CFD(计算流体动力学)的3D仿真环境。
Mentor公司的HyperLynx仿真工具可以做自己的热分析，并将结果输出给FloTherm，这样就可以建立整个系统或一个机箱的热性能模型。
Agilent公司重新发展了自己的ADS(先进设计系统)Momentum产品，它能针对有极多过孔的电源层和地层，提供仿真结果。
它还能用于功率层有少量走线的设计。
MOM(矩量法)是针对多层结构的最快仿真方法，它能解算全3D场，包括Maxwell方程中的全部项。
这种全波方案考虑了法拉第定律的高频效应，以及Maxwell为Ampère方程增加的代换电流项(参考文献4)。
用MOM仿真大型层面非常耗时，因此Agilent公司发明了一些算法，可以减少获得精确结果所需要的时间。
Agilent公司高速数字产品拥有者Colin Warwick说，工具采用了一种树/协作树(tree/co-tree)方法，可一直用到直流。
另外也可以对平面部件，采用集总参数分析方法。
NEC公司的PIStreamn软件将平面建模成为集总参数的矩阵，使之适用于使用Spice引擎和其它集总参数技术的分析。
对于一个平面，软件会使用PEEC(部分元等效电路)技术，生成一个RLGC(电阻/电感/电导/电容)的等效物。
软件同时会为过孔和电源层与地层之间形成的空腔建立集总参数模型(图7)。
软件还会采用一种串联RLC(电阻/电感/电容)模型，为去耦电容建模，这个模型综合考虑了电容器的寄生电阻与电容以及扇出走线和过孔的寄生电阻与电感。
你可以通过建立仿真运行，快速完成单一板对的分析。
当改变设置时，软件将做一个考虑到全部相关板面的多层分析。
除了仿真成品板的物理结构以外，HyperLynx这类软件工具还能做电路板层和去耦结构的早期平面规划。
然后可以快速运行一个分析，从而获得一些有关传输阻抗和其它变量的概念。
Giga Hertz技术公司开发了一种更快的Spice引擎，将其集成到NEC 的PDN(电源分配网络)Expert中。
通过这些平面规划工具，可以手动概略描述出PCB和层面，在设计早期优化电容。
这样，就可以获得有关板面形状、尺寸、层叠，以及电容数的概念。