利用Sigrity PowerDC进行单板直流仿真--静态功率传输体系分析

2023-05-16

前序

本文章利用Sigrity PowerDC进行单板直流仿真–静态功率传输体系分析的教程写出来,同时,将Sigrity PowerDC 单板直流仿真分析素材上传,供大家使用,不用苦苦寻找仿真资料。资料有:Motherboard.spd
可分析PCB上从多个VRM到CPU和多个DIMM的静态功率传输体系,所以大家不妨尝试仿真一下。
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前期准备

软件:Cadence Sigrity2018
仿真资料:Motherboard.spd

正文

1. 打开软件

先找到Sigrityg管理软件(这个可以找到很多仿真软件):
电脑开始—Cadence Sigrity2018—Sigrity Suite Manager
找到PowerDC, 双击打开:
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2. 选择流程

选择Single-Board/Package IR Drop Analysis(单板直流仿真流程),展开:
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3. 创建新的工作区

Workspace选择Create New Single-Board Workspace
创建新的工作区:

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布局窗口和层管理器自动打开:
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4. 使能模式

确保Enable IR Drop Analysis Mode前面有勾即可,一般创建新的工作区后自动使能,有打勾就行:
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5. 加载layout文件

选择Loading a New or a Different Layout,跳出窗口选择Load an existing layout,OK,然后,选择我们准备的素材:Motherboard.spd
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加载后窗口说明:
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6. 检查层结构

在流程选择:Check Stackup ,子窗口Stack Up ,检查一下这板的层叠结构、材料,可以自己填写,这里直接保留原始数据,点击OK结束。
(此窗口的设置可参考我的另一篇文章:利用Sigrity的SPEED2000进行时域电源噪声分析)
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7. 设置网络

点击流程的 Set up P/G Nets,旁边会出现两个选项,选择Skip setup P/G nets
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在右边会出现网络管理器,就是刚刚介绍的网络管理器,不小心关掉了,可以在重新打开。勾选我们要仿真的网络:
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8. 设置电镀厚度

继续往下走,选择流程Optional(可选):Set up Plating Thickness
设置焊盘的电镀厚度、材料:(这里默认,不改,直接点击OK,有意者可自己更改):
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9. 设置电路板温度图(跳过此流程,本案例不适用)

继续往下走,流程的Setting up Board Temperature Map (Optional),跳过此流程,本案例不适用

10. 设置电源树(本案例可不用此流程,跳过)

继续往下走,流程的PowerTree Setup,本案例可不用此流程,跳过,有意者可留意我后面的文章,谢谢。

11. 设置元件模型(本案例可不用此流程,跳过)

继续往下走,流程的Component Model Setup,本案例可不用此流程,跳过,涉及到** AMM 启动分析模型管理器和自动分配模型 **的详细信息,有意者可留意我后面的文章,谢谢。

12. 设置VRM1模型

①继续往下走,选择流程的Setting Up VRMs,弹出窗口选择Create by using exiting components defined in the layout file(自动创建VRM),下一页:
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②网络选择如下:
**Power Net **:PHASE1
Ground Net: GND
下一页
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③选择元件,这里出现VRM1模型,选择打勾,下一页(在PCB会浮现VRM1模型的位置,可看一下):
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④设置VRM的参数,操作如下:
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⑤这个窗口显示了刚刚设置的参数,点击完成即可
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⑥完成后,在下面会弹出窗口:
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13. 继续设置VRM2、VRM3模型

在刚刚的窗口,右键选择VRM Wizard,即可弹出第12步骤一样窗口,但在②步骤,网络选择换成**Power Net **:PHASE2,继续重复操作,即可完成设置VRM2模型;同样重新此步骤设置VRM3模型
(不要嫌麻烦,重复操作可以加深印象,我希望读者可以不看教程,成功操作一次此步骤)在这里插入图片描述
最后效果如下:

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14. 设置Sink

①选择流程的Set up Sinks,一样选择自动创建,下一页:

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②网络选择如下:
**Power Net **:V_MEM_CPU
Ground Net: GND
下一页
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③选择元件,这里全选,留意打勾时,右边PCB会浮现相应元件的位置,下一页:
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④设置参数如下:(使用笔记本的读者可能会被坑到,因为屏幕不够大,可能没法看到下面的选项,哈哈,自己想办法解决,哈哈)
Upper Tolerance(+%)Lower Tolerance(-%) 两个选项是设置参数的检查百分比范围

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⑤显示刚刚设置sink参数表,点击完成即可:
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6.完成后,下面会弹出窗口,后面可以在这里设置,修改参数:

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15. 设置离散

①选择流程的Set up Discretes,一样选择自动创建,下一页:

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②网络选择如下:
**Net1 **:PHASE1
Net2: V_MEM_CPU
下一页
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③选离散元件 L0,下一页:
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④设置离散元件的DC阻值为 0.005 :
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⑤完成:
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⑥完成后,下面会弹出窗口,在这里右键add,重复此步骤,在②选网络改成 PHASE2,创建离散元件L1。一样创建离散元件L2:
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16. 设置 V/I 探针、参考节点(跳过)

流程的 Set up V/I ProbesSet up Ref Node 不适用于本案例,故跳过

17. 保存文件

保存文件如下操作:
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弹出检查错误窗口,全选,OK:
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18. 开始仿真

选择流程中的 Start Simulation 开始仿真:
仿真时间很短,一下子就好

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仿真结果

结果可在这里看:
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仿真结果介绍

①电压、电流表格:
由显示相关值的表格组成 ,包括 ** VRM 电压** 、 Sink电压离散电流功率损耗探针测量全局过孔电流密度 等 。对于本 节 中的 情况 , 演示了 VRM 电压 和 Sink电压
②2D电子分布图、3D电子分布图和3D Via分布图:
包括:电压分布图 、电流密度图 、 功率密度图 、 功率损耗 图 、 压降图和电流图。

VRM 电压

选择流程中的View E-Results Tables
在下方弹出窗口,选择VRM Voltage子窗口,即出现VRM 电压表:
VRM Name :VRM名字
Output Nominal Voltage :输出电压值
Output Tolerance :输出公差,本案例未用
Actual Current :实际电流,所有汇点的总电流供应在这里插入图片描述

Sink 电压

在刚刚窗口,选择Sink Voltage子窗口,即出现Sink 电压表:
Sink Name:Sink名字
Model:模式
Nominal Voltage:电压值
Upper Tolerance: 正公差(可在前面第14步骤的④设置接受范围,例如1.5%)
LowerTolerance: 负公差(可在前面第14步骤的④设置接受范围,例如1.5%)
Actual Voltage:实际电压,出现绿色勾时为可接受
Margin:差额
Positive Pin Average Voltage:正差平均电压
Negative Pin Average Voltage:负差平均电压在这里插入图片描述

2D电子分布图

①选择流程中的View 2D E-Distributions,在右边出现Distribution窗口
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②首先,我们先打开TOP层看一下,PCB的电压分布图,结果,只有两种颜色:红色和蓝色,分别代表1.5V和0V,这不是我们想要的颜色,出现这种情况原因就是,打开了GND网络,导致从0V到1.5V大范围变化,出现两个极端颜色,所以关掉GND即可。如下:
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关掉GND网络后,红色代表1.5V,蓝色代表1.486436V
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③电流密度图:

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选择显示矢量以显示当前的流动:
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打开GND网络的样子,类似梵高的《星月夜》,美不?
不要觉得搞出这个图就很高大上,在外行看不懂的情况下,的确高大上,但在资深专家眼里,这是一张普通的图片,最重要是要会从张图分析出PCB的利弊之处……
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放大它,仔细去看,去思考,这些箭头、颜色,代表什么意义?我们从中能得到什么信息、什么问题?我们又应该如何解决这些问题?希望大家在下方评论里说你们的看法,也请资深专家帮忙指出问题要求,谢谢
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④功率密度图:
鼠标移动到图中,会显示特定点的值出来
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⑤功率损耗图:
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过孔电流
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显示热点,标记出最差的通路电流:
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设置范围,最小值为50mA,电流高于 50 mA的过孔以彩色显示,电 流低于50mA 的过孔以灰色显示:
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⑤电阻压降图:
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仅展示焊盘:可焊盘的压降信息
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3D电子分布图

①选择流程中的View 3D E-Distributions,出现如下图像,然后点击图像,放大它。

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②然后,就没有然后了,崩溃了,笔记本太low了,尝试好几次了,3D电子分布图就是看不了,希望有高配置电脑的读者进行到这一步,软件不会崩溃退出的话,下方评论回复一下,我们可以讨论研究,谢谢。

本文章未完成的步骤有:

①3D过孔分布图
②八项约束设置:分析过程中,增添约束设置,每一个约束都有可以写一个大步骤
③生成报告,方便保存,以后查看

最后,若读者也跟我一样,软件崩溃了,不要灰心,打开PowerDC软件,选择流程,导入刚刚保存的工作空间,即可回到仿真前一样的设置,又可以开始仿真了。

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