SIwave电源完整性仿真教程V1.0

SIwave电源完整性仿真教程V1.0

目录

1软件介绍 (2)

2.1功能概述 (2)

2.2操作界面 (3)

2.3常用热键 (4)

2仿真的前期准备 (5)

2.1软件的准备 (5)

2.2 PCB文件导入 (5)

2.2.1 Launch SIwave方式 (5)

2.2.1 ANF+CMP方式 (6)

2.3 PCB的Validation Check (8)

2.4 PCB叠层结构设置 (11)

2.5仿真参数设置 (12)

2.6 RLC参数修正 (13)

2.6.1 RLC的自动导入 (13)

2.6.2检视自动导入的RLC默认值 (15)

2.6.3批量修改RLC值 (18)

2.6.4套用大厂的RLC参数 (19)

3 SIwave仿真模式 (20)

3.1谐振模式 (20)

3.2激励源模式 (25)

3.3 S参数分析 (30)

4实例仿真分析 (31)

4.1从Allegro中导入SIwave (31)

4.2 Validation Check (32)

4.3叠层结构设置 (33)

4.4无源参数RLC修正 (33)

4.5平面谐振分析 (36)

4.6目标阻抗（Z参数）分析 (39)

4.7选取退耦电容并添加 (43)

4.8再次运行仿真查看结果 (44)

5问题总结 (46)

5.1 PCB谐振的概念 (46)

5.2为何频率会有实部和虚部 (47)

5.3电容的非理想特性影响 (47)

5.4地平面完整与回流路径连续 (48)

5.5电源目标阻抗 (48)

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。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－WA VE 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。

2.2操作界面

SIwave v3.5软件刚安装完的画面如图1- 1所示，配置如下：

1.View \ Windows：Circuit Elements\Layers\Nets Window

2.View \ Toolbars：Coordinate Entry and Draw

3.View \ Windows：Message Window

图1- 1SIwave界面

1. View\ Windows：Circuit Elements\Layers\Nets Window

✧每一行代表每一层layer的堆栈(stack)，叉叉符号表示该层各元素

是否全显示。如果想显示第一层的traces但不想看circuit elements，就选第二个勾勾，但不选第四个勾勾，如图1- 2所示。

✧小圆圈的核选按钮，代表目前选定的编辑层，这一层要选对，才可

以正确的选定该层对象(trace\via\element\plane)做编辑。

✧有颜色的长方框，代表该层的copper有没有要填满显示

✧如果直接在"METAL-1"文字上点鼠标右键，会跳出快捷选单"Edit

Layer Properties..."。

图1- 2 Layers

2.View \ Toolbars：

Draw

左边部份是主功能选单内的Draw \ Circle, ..., Trace, Via，用来放置circuit element。选定要放置的对象后，记得还要选择"Drawing Mode" 。

右边部份是选择对象。可以用光标选定或是拉方框范围选定。选定对象前，记得要选择正确的对象属性，否则无法选到该对象。

例如：via="Geometry"，port="Circuit Element"

View \ Toolbars：Coordinate

Entry

左边显示目前坐标；右边设定刻度单位，可以从mm改成mils

3.View \ Windows：Message Window

在程序执行的过程中，Message还有旁边的Warnings/Errors会显示相关信息

2.3常用热键

✧Shift + 左键拖曳：整个图像在画面区域内搬移( View \ Pan )

✧Shift + Alt + 左键上拖曳：Zoom in

Shift + Alt + 左键下拖曳：Zoom out

✧Alt + 拖曳：3D旋转

✧Alt + 左键双击：于上区域-> 正视位

于下区域-> 背视位

于左右区域-> 侧视位

✧Ctrl + D：Fit All