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SPECCTRAQuest
电源完整性(PI)设计指导
Product Version 14.2
January 2002
翻译：dyyxh@byhh,ytht
bluemachine@smth
tzyhust@163.com
dyyxh@pcbtech
该文译自
cadence
设计指导
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第
1
章
1.1
1.2
1.3
1.4
简介
......................................................1
面临的挑战：高速
PCB
设计中的电源完整性问题（PI）
..................................................1
解决方法:SPECCTRAQuest
Power Integrity
.............................................................................1
SPECCTRAQuest Power Integrity
工½流程
............................................................................1
SPECCTRAQuest Power Integrity
模块的½用
.........................................................................2
第
2
章
电源平面分析的准备工½
.......................................4
2.1.1
调用设½向导
..............................................................................................................................4
板框
.......................................................................................................................................................5
Stack-up
................................................................................................................................................6
DC Net/Plane Association
................................................................................................................8
DC Power Pair Setup
.........................................................................................................................9
库安装
................................................................................................................................................10
2.6.1
选择一个去耦电容库
................................................................................................................10
2.6.2
选择一个去耦电容
....................................................................................................................10
2.6.3
调整一个去耦电容
....................................................................................................................11
2.6.4
内在电感
....................................................................................................................................12
2.6.5
安装电感
....................................................................................................................................13
2.1
½用设½向导
.....................................................................................................................................4
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
第
3
章 电源完整性设计与分析
.........................................14
3.1
电源平面目标阻抗
..........................................................................................................................14
3.2
单结点仿真
.......................................................................................................................................14
概述
..........................................................................................................................................14
运行单结点仿真
........................................................................................................................15
关于工½表的处理
Working in the worksheet ..........................................................................16
3.3
分析
Analysis
....................................................................................................................................16
3.3.1
波½分析
....................................................................................................................................16
3.4
报告
.....................................................................................................................................................18
3.5
多节点仿真
.......................................................................................................................................19
½格化电源平面
......................................................................................................................19
3.5.1
3.5.2
分析属性
..................................................................................................................................20
3.5.3
布½元件
....................................................................................................................................21
3.5.4
放½电压调节模块
VRM ..........................................................................................................21
3.5.5 Placing Noise Sources ................................................................................................................21
3.5.6 Placing Decoupling Capacitors...................................................................................................22
布局前操½
..............................................................................................................................23
3.5.7
3.5.8 Post-Placement Operations .........................................................................................................24
3.5.9 Crossprobing...............................................................................................................................24
3.2.1
3.2.2
3.2.3
第
4
章
临时封装
....................................................25
4.1
概述..................................................................................................................................
25
4.2
建立临时表贴封装..........................................................................................................
25
4.3 Creating Temporary Leaded Packages............................................................................. 26
第
5
章 电压调节模块
VRM ..............................................27
5.1 Working with the Voltage Regulator Module .................................................................. 27
5.2
VRM 编辑器.....................................................................................................................
27
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第
1
章
简介
本章主要包括以下主题：
1.
挑战：高速PCB设计中的电源完整性问题（PI）
2.
解决方法:
SQ PI
3. SQ PI Workflow
4. Use Models
1.1
面临的挑战：高速PCB设计中的电源完整性问题（PI）
随着时钟和数据信号频率的增高和高速系统的板上组装越来越密，
无噪声的电源分配成为了
PCB设计的一个主要挑战。½快速翻½设备同时改变状态时，通过电源分配系统的纹波噪声随
频率的变化而变化。这个噪声也可以依次干扰高速设备周围的环境。
Important
没有足够的电源支持，高速元件的行为将是不可预测的。
为了确保在各个级别下良½的电源分配，
电源分配阻抗必须在一个很½的频率范围内加以控
制。这可以通过在目标频率范围内仔细的考虑开关电源，大电容，陶瓷电容以及电源－地平面对
等因素来实现。去耦电容在逻辑开关时给需要大电流的驱动器件提供本地电荷源。
图1-1显示了在控制电源分配系统
（PDS）
目标阻抗时各个频率范围内哪种器件是最有效的。
PDS中的元件
注意：电容的½用：
1
。给最近的主动器件提供本地电压源
2
。给噪声提供了到地的½阻回路
.
Tip
电容本身的寄生电感限制了它们的有效频率范围，因而½可以试用表贴电容来减小电感
Figure 1-1
1.2
解决方法:SPECCTRAQuest
Power Integrity
SQ PI帮助½进行对PCB电源分配系统进行设计，建模和分析。SQ PI对电源平面结构（包括连
接过孔）进行建模，综合去耦电容的数量，并分析板内去耦电容½½的物理效应。
1.3
SPECCTRAQuest Power Integrity
工½流程
高层次的流程由以下步骤组成：
1.
设½板的分析数据库；
1
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2.
定义目标阻抗；
3.
进行单结点分析验证并优化电容选择；
4.
进行多节点分析并优化布局。
表1-1 提供了每一阶段的任务细分
Table 1-1
工½流程任务表
任务
可以½用设½向导来逐步的建立电源完整性分析所需
要的板级数据库，本阶段任务有：
■ 创建并导入板框
■ 明确板子的层叠关系
■ 给平面加上DC电压
■ 匹配电源平面对
■ 选择去耦电容
可以通过确定仿真参数来得到目标阻抗，
包括电源平面
电压½迹（rails？）、噪声容限（ripple
tolerance）、最
差动态电流等。得到这些参数以后，
SQ PI
推荐维持目
标阻抗所需的电容个数。本阶段任务有：
■ 选择一个电源平面对分析
■ 确定ripple
tolerance
■ 确定最大delta
current
■ 确定参数for
the voltage regulator module
可以½用单结点仿真来得到维持目标阻抗所需要的电
容选择，
单结点仿真½用来自班上一个节点提取出来的
子电路。去耦电容½被考虑，½他们并没有进行布局。
电源平面分析是在理想情况下进行。本阶段任务包括：
■ 选择一个平面对进行分析
■ 确定a
ripple tolerance
■ 确定一个最大delta
current
■ 确定参数for
the voltage regulator module
■
Simulating to validate capacitor selection.
通过分析从多节点提取出的子电路可以优化布局时的
电容分配。
SQ PI
在电源平面分析时考虑了电容布局。
本阶段任务有：
■设½分析参数Setting
analysis preferences
■选择平面对分析
■确定
a ripple tolerance
■Specifying
a maximum delta current
■确定参数for
the voltage regulator module
■评估带有噪声源的阻抗impedance
profile
■ 放½去耦电容Placing
decoupling capacitors
■
Cross probing
阶
段
Phase
1
数 据
库 设
½
更多请看
“Preparing for Powerplane Analysis”
“Temporary Packages”
Phase
2
定义
目标
阻抗
“Powerplane Target Impedance”
“Working in the worksheet”
“Working with the Voltage Regulator
Module”
Phase
3
单结
点分
析
“Powerplane Target Impedance”
“Single-Node Simulation”
“Working in the worksheet”
“Working with the Voltage Regulator
Module”
“Running a single-node simulation”
“Working in the worksheet”
“Analysis”
“Multi-Node Simulation”.
“Gridding
Planes
for
Multi-node
Simulation”
“Analysis Preferences”
“Powerplane Target Impedance”.
“Single-Node Simulation”
“Working with the Voltage Regulator
Module”
“Analysis”
“Placing Components”
“Crossprobing”
Phase
4
多 节
点 分
析
1.4
SPECCTRAQuest Power Integrity模块的½用
在布板过程中，½可以在一下阶段调用SQ
PI模块：
1．Exploration调查阶段？
2
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In the
exploration
phase,
板上并没有布½元件，可½连可用的½表½没有，板框、平面层
铺铜、DC½络分配以及pcb层叠关系等等也½没有放½。SQ
PI½用设½向导来指导½建立用于
电源完整性分析的pcb板的必要步骤。
□关于设计向导½用的进一步信息请参见第二障“电源平面分析的准备工½”。
2．设计阶段
在设计阶段，
板上已经元件已经布局½了，
½还没有开始布线。
如果必要的参数已经设½½，
则可以优化布局并继续进行电源完整性设计和分析。
如果有部分参数没有设½，
则设½向导会自
动弹出来以便½确定缺少的设½信息。
□关于设计向导½用的进一步信息请参见第二障“电源平面分析的准备工½”。
□
关于电源完整性设计和分析对话框的½用请参见第三章“电源完整性设计和分析”
3．验证阶段
在验证阶段，板子元件已经布局完毕，并且布线也已经完成。这个阶段，½可以通过电源完
整性分析优化布局。
□
关于电源完整性设计和分析对话框的½用请参见第三章“电源完整性设计和分析”
3
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