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Sigrity PowerSI和OptimizpPI電源完整性如何通過(guò)仿真確定去耦電容的數(shù)量

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發(fā)表于 2019-10-14 14:16:11 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
Sigrity PowerSI和OptimizpPI電源完整性如何通過(guò)仿真確定去耦電容的數(shù)量
前言
Sigrity PowerSI是IC封裝pcb設(shè)計(jì)快速準(zhǔn)確的全波電磁場(chǎng)分析,作為專業(yè)的頻域分析工具,為當(dāng)前高速電路設(shè)計(jì)中面臨的各種信號(hào)完整性(SI)、電源完整性(PI)和電磁兼容(EMI/emc)分析提供快速準(zhǔn)確的全波電磁場(chǎng)分析,并提供寬帶 S參數(shù)提取以及頻域仿真。PowerSI可以為IC封裝和PCB設(shè)計(jì)提供快速準(zhǔn)確的全波電磁場(chǎng)分析,從而解決高速電路設(shè)計(jì)中日益突出的各種PI和SI問(wèn)題:如同步切換噪聲(SSN)問(wèn)題,電磁耦合問(wèn)題,信號(hào)回流路徑不連續(xù)問(wèn)題,電源諧振問(wèn)題,去耦電容放置不當(dāng)問(wèn)題以及電壓超標(biāo)等問(wèn)題,從而幫助用戶發(fā)現(xiàn)或改善潛在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
Sigrity OptimizpPI是針對(duì)PCB和封裝的頻域仿真工具,通過(guò)前仿真和后仿真實(shí)現(xiàn)電容方案的選型和優(yōu)化,進(jìn)而提高系統(tǒng)或器件的性能。OptimizePI是能夠幫助設(shè)計(jì)者綜合考慮PCB或封裝的電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDS)去耦電容的性能和成本。OptimizePI通常可以節(jié)省15%到50%的成本,通過(guò)分析可以確保系統(tǒng)或器件的PDS實(shí)現(xiàn)最佳性能。OptimizePI基于Cadence的電磁場(chǎng)電路混合引擎并結(jié)合專有的優(yōu)化算法,幫助用戶快速得到最佳的電容方案及布局方案。
最近有朋友發(fā)郵件咨詢使用Sigrity PowerSI和OptimizpPI軟件如何通過(guò)仿真確定去耦電容的數(shù)量的問(wèn)題,今天我將和大家一起來(lái)學(xué)習(xí)如何解決這個(gè)問(wèn)題?纯淳烤谷绾瓮ㄟ^(guò)仿真的辦法來(lái)確定電容數(shù)量和容量,今天的講解會(huì)從原理開始一步步地進(jìn)行講解,讓大家明白仿真背后的道理和進(jìn)行仿真的操作步驟。
首先需要先了解下電容的頻率特性,ESR,ESL,電容的反諧振點(diǎn)阻特性。1、去耦電容根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和材料的不同,可以分成電解電容、鉭電容、陶瓷電容等。電解電容與鉭電容通常體積大,帶來(lái)的串聯(lián)電感也比較大,通常用于低頻濾波電路。陶瓷電容由于封裝尺寸小,寄生電感小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的適用于中高頻率濾波和去耦電路中。 2、在頻率很高的時(shí)候,電容不能作為一個(gè)理想的電容對(duì)待,而是存在著寄生參數(shù)。通常用ESL表示其有效的寄生電感參數(shù),用ESR表示有效的寄生電阻參數(shù)。考慮寄生效應(yīng)后濾波電容的等效電路如下圖所示,串聯(lián)的RLC電路在頻率F0處發(fā)生諧振,這個(gè)F0被稱為該電容的自諧振頻率。在自諧振頻率之前電容的阻抗特征呈現(xiàn)容性,在自諧振頻率之后阻抗特性呈現(xiàn)感性,相當(dāng)于電感。470uF電容自諧振頻率232KHZ;100nF電容自諧振頻率26MHZ;
3、電容的等效串聯(lián)電感和生產(chǎn)工藝和封裝尺寸有關(guān),同一個(gè)廠家的同種封裝尺寸的電容,其等效串聯(lián)電感基本相同。一般小封裝的電容等效串聯(lián)電感更低,寬體封裝的電容比窄體封裝的電容有更低的等效串聯(lián)電感。利用電容諧振改善PDN阻抗。PDN的阻抗設(shè)計(jì)通常需要利用去耦電容的諧振特征,通過(guò)電容的并聯(lián)組合獲得最低的輸入阻抗。不同型號(hào)電容的諧振頻率如下圖所示,可以看出,不同的型號(hào)的電容自諧振頻率相同,并聯(lián)的電容數(shù)目越多,其容性、感性區(qū)域的阻抗越小,自諧振的頻率點(diǎn)不變。

4、在電路板放置分立的去耦電容可以靈活地調(diào)整電源供電系統(tǒng)的阻抗,實(shí)現(xiàn)較低的電源地噪聲。為了對(duì)一個(gè)特定的設(shè)計(jì)尋求最佳的去耦解決方案,選用Sigrity PowerSI和OptimizpPI軟件進(jìn)行電源供電系統(tǒng)的仿真顯得很重要,在下圖中是電容的特性,比如C0G 0.1uf的電容反諧振峰出現(xiàn)在10MHZ的頻率上,反諧振阻抗在0.005歐姆?梢钥吹讲煌盗,不同容量的電容都有各自固有的反諧振峰頻點(diǎn)和阻抗最小點(diǎn)不同。

5、接下來(lái)我們使用PowerSI掃描電源平面頻域特性,可以到這如圖所示的阻抗分布曲線,藍(lán)色的曲線是沒(méi)有添加電容之前得到的PI曲線特征,藍(lán)色線的阻抗有兩個(gè)諧振峰,190MHZ和780MHZ兩個(gè)阻抗諧振峰,最大阻抗在60歐姆。綠色的曲線是添加12個(gè)0805電容之后的電源平面頻域阻抗分布曲線分部相對(duì)于藍(lán)色線而言,阻抗下降到了37歐姆。紅色線是添加24個(gè)IDC電容之后的效果,可以看到平面諧振峰完全消失,阻抗被控制在了10歐姆以下。由此來(lái)看,添加去耦電容在合適的位置上起到了改善平面阻抗的效果。

6、這里還必須提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),也就是我們常說(shuō)的目標(biāo)阻抗方法標(biāo)準(zhǔn),這里有目標(biāo)阻抗方法的公式。目標(biāo)阻抗法將PDN網(wǎng)絡(luò)分為器件Component和系統(tǒng)system兩個(gè)部分,從器件看向系統(tǒng)的目標(biāo)阻抗被定義為公式。
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該會(huì)員沒(méi)有填寫今日想說(shuō)內(nèi)容.

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沙發(fā)
發(fā)表于 2019-10-15 01:07:59 | 只看該作者
謝謝分享。。。。。。。!

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發(fā)表于 2019-10-15 14:30:42 | 只看該作者
路過(guò),看看,學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)!。
地板
發(fā)表于 2019-11-4 14:19:17 | 只看該作者
謝謝分享,很實(shí)用

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發(fā)表于 2019-11-8 11:03:58 | 只看該作者
很好的貼子,可以學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

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發(fā)表于 2020-7-6 09:29:30 | 只看該作者
學(xué)習(xí)一下仿真

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發(fā)表于 2020-7-6 10:21:15 | 只看該作者
多謝分享。。。。。。。

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發(fā)表于 2020-11-4 11:11:47 | 只看該作者
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí),看看
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發(fā)表于 2021-4-9 16:05:02 | 只看該作者

路過(guò),看看,學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)!。

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發(fā)表于 2021-4-13 11:26:11 | 只看該作者

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