基本的电子系统设计需要一组或多组电源供应电压来运作。这些供应电压通常需透过电压调节模块(VRMs)来转换取得。电压调解模块被设计用来为各种的负载提供所需的工作电压。电源供应及其传输路径必须满足负载电压的涟波要求。电源完整性分析可以评价电源分配网络(PDN)的压降和电源噪声,来帮助您优化整个电源层,以确保产品正常运行。
随着电源供应电压持续降低,以及晶体管数量遵循摩尔定律持续增长,电源分配网络(PDN)设计已经成为任何电子产品必须考察的重要因素。不良的PDN设计会导致产品中出现过大的压降和电源噪声。通过电源完整性(PI)模拟来预测PDN性能以确保电子产品电源正常运作并满足电池寿命,其为重要。
当产品设计中如果有大电流需求的元件或快速开关切换频率的高速处理器时,电源完整性分析(PI)在产品的成功与否中扮演着重要角色。电源完整性模拟主要分为在交流分析(AC)或直流分析(DC)来进行。
PI-DC分析(也称为IR-drop分析)是计算电源分布网络中的压降(IR drop)、电流密度(current density)和功率损耗密度。透过这种分析方式可以确认IC、连接器引脚或穿层过孔(stitching via)在直流工作条件下消耗了多少电流。如果电源层的压降过大,在IC抽载处的电压可能会低于系统允许的最低电压,导致元件工作异常。
压降(找到热点位置)
电流密度(找到有过大电流的电源铺铜区和穿层过孔)
直流电阻(观测电源平面特定位置的电阻)
功率损耗(观测电源层和地层的功耗损失)
温度相依选项(可考虑电热协同分析)
此分析方式可以确认PDN是否遵循从VRM到IC抽载引脚的低阻抗路径。过高的AC阻抗会产生巨大的电源噪声,当CPU核心在输入和输出的切换工作状态时,电源噪声会经由系统PDN传递至电源平面上,导致IC无法如常运作。
PDN阻抗(观测电源层的噪声涟波大小)
去耦电容优化(找出性价比高的电容组合)
PDN转移阻抗(观测两个电源平面间有多少电源噪声互相耦合)
电源平面谐振分析(找出潜在高场强的谐振点位置)
电容环路电感(判断去偶电容是否有效放置在正确位置上)