Apsim-spi的電源完整性在PCB設計中，高速電路布局布線和質量分析無疑是工程師們討論的焦點。特別是今天的電路工作頻率越來越高，如一般的數字信號處理（DSP）電路板應用頻率在150-200Mhz很常見，CPU板在實際應用中達到500MHz以上就不足為奇了，通信行業Ghz Circuit設計一直很受歡迎。所有這些PCB板的設計通常使用多層板技術來實現。在多層板設計中，采用電源層設計技術是不可避免的。

 

在電源層設計中，往往因各種類型的電源混合應用，使設計變得非常復雜。那么困擾PCB工程師的挑戰是什么？如何定義PCB中的層數？包含多少層？每層的內容如何最合理的安排？

 

如果應該有幾層，信號層和層如何交替排列等等。如何設計各種電源塊系統？如3.3V，2.5V，5V，12V等。

 

電源層的合理分割和共存是影響PCB穩定性的一個非常重要的因素。如何設計去耦電容？使用去耦電容消除開關噪聲是一種常用手段，但如何確定其電容？放置電容器在哪里？

 

何時使用何種類型的電容器等。如何消除地面反彈噪音？地彈噪聲如何影響和干擾有用信號？如何消除環路（返回路徑）噪聲？

 

在很多情況下，不合理的電路設計是電路不起作用的關鍵，而電路設計往往是工程師最無助的工作。如何合理地設計當前的分布？

 

特別是地電層中的電流分布設計非常困難，如果PCB板中的總電流分布不均勻，將直接而明顯地影響PCB板的不穩定工作。另外，還存在一些常見的諸如上沖，下沖，振鈴（振蕩），延遲，阻抗匹配，毛刺等奇數變化問題的相關信號，但這些問題與上述問題密不可分。

 

他們之間存在因果關系。一般而言，應從信號完整性（SI ---信號完整性）和電源完整性（PI ---電源完整性）兩個方面考慮高質量高速PCB板的設計。雖然更直接的結果表明信號完整性，其原因，我們絕不能忽視電源完整性的設計。

 

因為電源完整性直接影響最終PCB板的信號完整性。 PCB工程師之間存在很大的誤解，特別是那些使用傳統EDA工具進行高速PCB設計的人。許多工程師問我們，“為什么使用EDA的SI信號完整性工具分析結果與我們使用儀器進行實際測試的結果不一致，并且分析結果通常更理想？” “事實上，問題很簡單。這個問題的原因是：一方面，EDA制造商的技術人員沒有明確解釋，另一方面，PCB設計師對模擬結果的理解。我們知道目前在中國市場上使用更多EDA工具主要是SI（信號完整性）分析工具，SI基于布線和設備模型而不考慮電源分析的影響，大多數甚至模擬設備都沒有考慮（假設理想）可以想象，這種分析的結果和實際結果肯定存在錯誤。

 

因為在大多數情況下，PCB板中電源完整性的影響比SI更嚴重。目前，雖然一些EDA制造商也部分提供了PI（電源完整性）分析功能，但由于其分析功能與SI（信號完整性）完全分離，用戶仍然無法查看和實際測試結果接近分析報告。 PI和SI密切相關。在許多情況下，影響信號奇異性的主要原因是電源系統。

 

例如，去耦電容設計不合理，地層設計不合理，電路影響嚴重，電流分布不均勻，彈性噪聲過大等問題。作為一名PCB設計工程師，其實我希望看到一份接近分析報告的實際結果，這樣就很容易糾正和排除故障，從而真正意義上的仿真設計效果。 SPI工具的出現使上述討論成為可能。 SPI的首字母縮寫詞是Signal-Power Integrity，根據定義，它是一種分析工具它集成了SI信號完整性和PI電源完整性。

 

因此SI和PI不再是孤立的。 APSIM-SPI是業內首款將信號完整性與電源完整性相結合的產品。 借助SPI工具，PCB工程師可以從這個相對真實的模擬波形進行觀察，并與儀器的實際測試非常接近波形。

也就是說，從那時起理論設計和實際測試具有可比性。先前的SI功能是假設功率層等是在理想條件下的隔離分析。雖然有很好的輔助效果，但沒有整體效果，用戶很難根據SI分析結果簡單地排除錯誤。假設一塊PCB板，由于它的VCC和GROUND線布非常精細，此時電路自然不起作用。使用示波器和其他儀器，也很容易發現信號發生奇數變化非常嚴重。但是，如果在一般SI分析工具中使用這種易于設想的設計，則無法模擬奇怪變化情況的信號。在這種情況下，盡管波形的模擬結果是完整的，但沒有奇怪的變化，但實際上已經奇怪到不工作的程度。因此，一些工程師曾問過：“當我們將電源線和地線放入PCB板時，為什么SI模擬中的信號波形沒有變化，無論多窄？” “原因是在SI模擬中不考慮PI，也就是說，不考慮電源線和地線。解決這個問題的唯一方法是使用SPI工具.SPI分析SI信號完整性是充分考慮地面電源層，包括地線中的信號層，以及大面積的信號填充等。這些地層的不穩定信號或干擾將完全疊加在仿真結果上通過這種方式，可以模擬真實的實際工作效果，當然最終結果接近實際的測試結果。

 

工程師可以直觀地考慮和糾正。 APSIM-SPI為了實現SI和PI的有機結合，無論從內部模型，計算方法，用戶界面，分析功能和仿真機制等方面都做了重大調整。目的是在用戶仍然方便使用的前提下，確保SPI功能的完善。例如，當RLGC建模和分布參數提取時，SPI的RLGC參數提取比先前的簡單SI參數提取復雜得多。

 

因為在SPI中，必須充分考慮接地電層的寄生參數，以及接地線和信號線之間的連接。 APSIM-SPI將充分考慮地電層對信號奇變化分析的影響。因為SPI結合了地平層的寄生參數模型和信號布線的參數模型，以及設備IBIS或SPICE模型。

 

因此，無論您設計的是去耦電容，濾波電容，終端電阻等模擬元件還是電路中SSO開關的工作噪聲，地面彈性噪聲等都會在最終的仿真結果中反映出波形。使用APSIM的SPI工具，PCB工程師可以直觀地觀察信號的奇異性，并在設計PCB板時及時進行調整。如果您發現地布不夠寬，信號會產生噪音，甚至變形，那么您可以調整地線的寬度直到滿意為止。而在過去，地面線應該更寬，畢竟？工程師只能根據經驗進行調試，沒有工具可以幫助他們進行設計指導。如果地布不好，導致PCB板不工作的可能性會非常大。但是今天的PCB板是如此復雜，不僅地面寬度問題，還應包括地平面填充，多層地板設計，特別是地平面分割技術處理等，不同頻率使用不同的處理方法。如果僅限于有限的經驗肯定無法滿足設計要求。

 

現在借助APSIM-SPI，PCB工程師可以輕松了解他的地平面，地面系統設計是否合理有效。例如，在設計多層板時，許多工程師在想要考慮每層的排列方式時，通常不知道是先將信號層放在第一層還是先形成第一層？信號層和地層交替釋放是集中釋放嗎？

現在，工程師可以根據SPI仿真的結果清楚地了解哪種方法最有效。如：當接地層上有多個電源時，如3.3V的焊盤，2.5V的焊盤，5V的焊盤等，如何分割處理？在過去，工程師只能依靠有限的經驗，而且只能從邊界劃分來簡單地考慮合理性。如果這方面的設計不合理，后果是可以想象的，我相信工程師有很深的經驗。但是，由于層板通常位于PCB板的中間層，因為物理接觸根本不存在，因此很難修改調試。實際上，在多功率地層設計中，不僅要考慮各個區域之間的界限，還要考慮過濾問題，常見問題等。利用SPI工具，工程師可以輕松地進行合理的多功率區域分割設計。

 

如果它是不合理的，那么信號將在模擬期間變形，這在過去根本不可能完成。在處理地面炸彈噪聲和SSO開關噪聲時，我們知道這種噪聲的嚴重程度（在EDA中，這種噪聲在PI電源完整性分析范圍內總結），尤其是高速PCB，經常遇到不穩定的工作狀態，事實上，很可能是由于開關噪聲或地面炸彈引起的噪音。工程師還必須知道一些簡單的方法來處理它。但從定量的角度考慮，這是非常復雜的。例如，消除SSO開關噪聲的一種簡單有效的方法是在電源和地之間添加濾波電容，常見的方法是添加一些不同質量和類型的電解電容，工程師必須容易定量地確定最大電壓這些電容器，（只要可以計算PCB板的工作電壓），但是，如何定量地確定這些電容器的容量，（電容值）往往只是根據經驗，或參考其他電路的設計。因為理論上很難計算。特別是，目前的PCB板電路非常復雜，以至于不太容易依賴于手動計算。電容器的放置也是不容易確定的因素之一。但是，這些電解電容器的放置位置與它們所起的過濾效果密切相關。

 

（常見的方法是將電源入口放置在PCB板上）。現在使用APSIM-SPI工具，工程師可以輕松設計和驗證這些濾波電容的效果。并有效地確定放置這些電容器的位置及其電容值。

堅決不要過多的電容，應該有電容一定不能少！ APSIM-SPI還具有許多與信號奇異性和仿真設計相關的功能。我們認為目前的高速PCB板設計必須采用先進的輔助手段來實現，SPI結合多年的設計經驗，采用先進的SI和PI分析技術，直接和真實地模擬PCB的具體工作狀態板，更接近實際測試結果。 SPI提供了一個新的調試平臺，允許多年基于經驗的方法過渡到模擬環境。大大提高了高速PCB設計的成功率。 SPI已逐漸成為業界高速PCB設計工程師最受歡迎和最必要的設計分析工具。 SPI與業界其他PCB設計工具密切合作。

 

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