Sigrity PowerDC最强攻略，精准定位直流DC压降分析实例

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1.1 Sigrity PowerDC功能简介

（1）功能

确保可靠的电源供应，Sigrity™ PowerDC™应用于电热协同仿真，热点检查，低压大电流的PCB和封装产品电性能分析。PowerDC针对于当前低压大电流的PCB和封装产品提供了全面的直流分析，并且集成了热分析功能，实现电热的混合仿真。通过PowerDC可以确保各器件端到端的电压降裕量，进而确保电源网络的稳定供应。PowerDC可以快速检测定位电流密度超标、温度超标的区域进而降低产品的风险。

PowerDC提供业界唯一的电源模块感应线自动优化功能，通过该功能快速实现当前设计电源的最优化。PowerDC流程化的自动规则检查功能，并结合可视化的选项与DRC规则检查，帮助用户快速提高产品性能

（2）特点

• 帮助用户确定直流压降，电流密度问题

• 自动优化电压调节模块（VRM）感应线的位置

• 定位引起系统风险的电流热点

• 检测并罗列不易发现的不满足要求的过孔和布线瓶颈区域

• 通过电热混合仿真充分考虑电热之间的相互影响

• 帮助用户确定在不增加风险的情况下减少平面层设计的可行性

• 实现对PCB和封装并可结合芯片级的信息进行分析

• 通过一系列可选的内容显示控制实现报告的自动化，并通过其中的拓扑模块图实现压降的快速分析。

（3）优势

• 便捷的流程化操作方式是专家级的用户或偶尔使用的用户的理想选择

• 业界唯一的电热混合仿真功能，使之能够获得电和热的相互影响的精确结果

• 高效的直流和热仿真效率，即使是大规模的PCB和封装产品也能快速实现直流和热性能的验证

• 电压调节模块（VRM）感应线自动优化的专利，相对常规的设计通常可以改善10-20%的性能

• 精确的算法，即使是针对复杂的多网络多平面结构也可得到准确的结果

• 全面的复杂结构支持，如：堆叠、多板仿真、常见的所有封装结构等

• 针对cadence® SiP Layout, allegro® PackageDesigner, and Allegro PCB Designer的流程

• 与mentor, Zuken, altium等PCB和封装布线文件都有良好的接口，并且能够AutoCAD的文件

; |- U, c/ H, O# L1 d4 Y# w1.2直流DC压降分析实例

这次仿真使用到的是Power DC的工具，这是一款直流压降和电热混合仿真的工具，可以针对当前低电压大电流的PCB和封装产品提供了全面的直流分析，并且集成了热分析功能，实现电热混合仿真。通过PowerDC可以确保各个器件端到端的电压降裕量，从而确保电源网络的稳定供应。

1.2.1 建立项目载入文件

（1）打开PowerDC软件，可以在PowerDC中看到这个软件中包括了单板、多板，直流DC仿真、电热混合仿真等8个流程选择菜单，所有的流程都按照顺序罗列了操作的步骤和内容，只要按照所需要流程步骤操作即可完成相应流程的仿真分析；本例中以单板直流仿真流程，选择Single-Board/Package IR Drop Analysis，这个讲一个实例的方式讲解直流压降分析的过程；

（2）点击Create New Single-Board Workspace，选择Load a New/Different Layout，将需要仿真的Layout文件加载到PowerPC软件中来；

（3）叠层确认，Thickness是叠层的厚度，可以根据典型的1.6mm板厚来修改叠层的厚度数据，修改后如下图所示；

1.2.2 叠层设置
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（4）Material栏目是材料，铜皮面层选择copper ,PP和core层选择为RF4的材料，选择完成以后点击左侧下角的view Material按钮，打开预览已经选择的材料具体信息；

（5）击左侧下角的View Material按钮打开，对已经选择的copper和RF4的材料的具体属性进行设置，其中copper需要填写Metal 材料中的temperature温度和conductivity（MS/m）传导性参数，Thermal热的参数；RF4需要添加Dielectric电介质和Thermal热的参数；

（6）点击Pad Stack选项页面，选择过孔的材料，一般情况下，Select Material中选择copper铜皮，Plating thickness里面用来设置孔壁镀锡的厚度，设置按完成以后点击Apply按钮，然后点击OK按钮退出叠层设置界面；

1.2.3 设置电源和GND

（7）点击Set up P/G Nets，在弹出对话框中选择Skip setup P/G nets，跳过设置电源和地网络的向导，直接选择要仿真的电源网络，在本例中选择参与的网络为1.5V电源和地网络；

（8）点击Set up VRMs，根据向导自动完成VRM的设置，此处可以设置VRM的额定输出电压，输出电压波动，输出管脚的电阻等信息；在弹出wizard 中选择Create by using existing components defined in the 单选按钮后点击下一步按钮；

1.2.4 设置VRM电压源

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（9）在Wizard中的Select Power and Groud Nets，选择VRM电源设置的网络，在这个例子里面需要分析就是+1.5V，因此POWER选择里面就算下+1.5V的电压网络, Groud Net里面选择GND

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（10）在Wizard中，Select one or more components from the list and click 中选择VRM和IO_Controller分别选择VRM_1P5；

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（11）在Wizard中的Nominal Voltage是VRM的输出电压，本例中设置成1.5，这个电压是必须的项目；Output Tolerance是VRM输出的允许电压公差，若需要考虑VRM输出电压的公差这数需要设置，若不需要考虑可以不勾选，可以不用填入数值。Pin Resistance是VRM输出的PIN上的电阻，勾选后输入Pin Resistance的数值后，就考虑这个因素，若不勾选，不输入数据就考虑这个因素；

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（12）通过向导设置完成了VRM，本次设置中有两个VRM，若勾选后表面启动这个VRM，若不勾选该项就不启动这个VRM，点击完成以后将完成VRM的设置；

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1.2.5 设置VRM电压源• 设置Sinks负载

（13）点击Setup Sinks，进入Sinks负载的设置向导，单选Create by using existing component in the 按钮，后点击下一步按钮；

（14）Wizard向导进入Select Power and Ground Nets对话框，选择sinks需要分析电源和GND，本例中选择+1.5V和GND网络；

（15）在Wizard中，Select one or more components from the list and click 中选择VRM和IO_Controller分别选择U2；

（16）在Wizard中，Model可以设置Equal current和Equal Voltage两个模式，Equal current是等电流模式，Equal Voltage 是等电压模式，这个有点像恒流源和恒压源意思，一般都是设置成电流相等；Nominal Voltae 设置成1.5V表示平常电压是1.5V，Upper Tolerance（+V）设置成0.075V,Upper Tolerance（-V）设置成0.075V，表示1.5V的电压允许浮动的范围是5%，这里也可以设置5%的百分百，也可以；一般是设置成5%允许范围；P/Fmode设置成Worst表示分析最差的模式情况，Current设置成1.5A表示Sinks的电流为1.5A；

（17）点击下一步进入Sinks的设置确认窗口，对使用向导设置好的sinks负载进行确认，点击完成按钮完成设置；

1.2.6 设置VRM电压源
• 设置Sinks负载• 设置规则

（18）在Constraints Setup选择中点击 setup Constraints选项，可以进入规则的设置窗口，在该窗口中可以设置过孔通过电流的大小门限，电压降的门限，平面电流的密度门限参数，这些都是规则的设置，设置好这些规则以后，当仿真完成以后，软件会根据设置好的规则去检查仿真的结果，将检查完成的结果全部罗列出来，以便于进行修改和判断；

【1】点击在sink voltage选项可以看到有两个链接，sink_vRM_1P5_+1.5V_GND这个是VRM的电压源，鼠标点击可以在PCB中显示出来，如下图所示情况， 显示了这个VRM；

【2】鼠标点击sink_U2_+1.5V_GND这个是链接的负载，鼠标点击可以在PCB中显示出来；并且右侧会显示出来，电压关联的芯片和网络引脚信息；

【3】点击Via Current/Current Density选项卡可以过孔电流的门限参数；Constraints on Global via Currenty用来设置过孔的电流大小，Constraints on Global via Current density用来设置过孔电流的密度门限；

【4】点击plane Current Density选项卡，可以进入层平面的电流密度规则设置，鼠标点击layer name栏目可以设置某个层上的电流密度情况，比如如下图所示，设置每个平面上电流密度最大为100mm2；

【5】点击Trace Current Density选项卡，可以进行铜皮电流设置密度规则设置，在constranint on Global Trace Current Density对话框处输入铜皮电流规则，比如输入2表示，表示铜皮最大是2A每个平方毫米；

【6】点击Wirebond Current Density选项卡，可以进行引线焊接流设置密度设置，在constranint on Global Trace Current Density对话框处输入引线焊接电流数值，比如输入2表示，表示铜皮最大是2A每个平方毫米；

（19）点击Check Error /Warnings选项将对错误和警告进行检查；
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（20）点击Save Files选项可以对文件进行保存；

1.2.7 设置VRM电压源• 设置Sinks负载• 设置规则• 仿真和分析结果

（21）点击Start Simulation菜单，启动仿真，等待仿真完成以后，可以查看仿真结果；Power DC的仿真结果有三个部分，第一个部分是以表格的形式将仿真的结果罗列出来，比如slink负载端的压降数值以及不满足规则要求的电流密度门限的过孔，铜皮平面等内容；这些内容都是以结果的显示显示在各个测量的结果中；第二个部分是图形形式直接在layout上将仿真结果以色标的形式显示出来，右侧会有具体的数据，通过不同的色标颜色来表示电压的和电流的等情况；第三个部分则世界根据用户选择的选项进行测试分析报告的输出，对仿真的结果进行归档做成报告；

【1】在本例中VRM和sinlk输出电压都按照5%允许公差进行设置，过孔和平面的电流密度门限按照62A/mm2进行设置，仿真完成以后Power DC自动会把不符合的门限数值罗列出来，接下来我们一起来查看和分析仿真的结果；

【2】点击view e-results Tables菜单，打开Sink voltage选项卡；查看产生压降的问题，在这个里面里面我们设置VRM输出是1.5V，允许的范围是5%，那么范围就是1.425V-1.575V的范围；sink U2得到的电压最低的1.47525V，相比1.5V少了0.0247479V，可以在右侧的Absolute voltage 表格栏点击，按照大小对电流进行排序；从这个表格看，sink得到的1.5V电压存在压降；

【3】点击View 2D E-Distrbutions菜单；打开2D彩图结果窗口，开启L1层，通过对比layout的视图查看电压的分布情况，可以看到主要的压降变化比较大的区域在右侧比较长的部分上，该区域的平面比较窄，因此可以重点优化这个区域，可以考虑把这个的区域加宽铜皮的方式减少电阻，可以减小压降；如下图所示，从1.494981V到1.476588V用不同的颜色表示出来，颜色越鲜艳表示电压的越高，可以明显的看到压降主要集中在右侧比较比较长的部分上；这个部分的压降比较大；靠近U2部分的压降很小；电压都在1.47V左右；

【4】过孔电流的问题分析，点击view e-results Tables菜单，打开Global Via Current Densigner选项卡，查看可以看到有个过孔的电流密度上限达到了57.7184A/mm2，点击这个数据可以关联到layout中显示出这个过孔的位置，该地方超标的主要原因是因为该VIA连接VRM电源输出管脚与1.5V电源平面，这里只有一个VIA数量太少造成的；因此该出可以通过增加过孔的摆放数量的方式来均摊流过的电流，这样每个VIA的电流就会下降；

【5】图中该处，电流为18mv的电压差；

【6】图中该处，电压最高为1.4950V，1.5V的电源从该处进入平面；

【7】平面电流密度分析，点击view e-results Tables菜单，打开Global plane Current Density选项卡，查看平面电流的分布，点击可以查看超过标准layout的平面位置，该处超标的主要原因是VRM地输出管脚与连接地过孔是通过一小段细线连接的，细线弯曲处的电流较大，因此可以该处增加走线做成双线，或者加宽细线及增加宽铜皮的方式来解决；

1.2.8 设置VRM电压源• 设置Sinks负载• 设置规则• 仿真和分析结果• 优化解决问题

基于上述的仿真结果及相应的优化方法对当前的设计重新优化并重新仿真，接下来我们对上面的分析结果进行优化；

（22）解决直流压降的问题，我们知道是因为L2的+1.5V电源平面右侧的地方太窄造成的压降过大，我们在这里增加宽度，把宽度加宽；

【1】切换到L2层，选择Edit--shape--Box+命令，然后在L2层右侧比较细的位置上点击左键不放绘制增加铜皮，铜皮要与+1.5V的网络融合，因此画的铜皮尽量的宽，加大+1.5V的网络铜皮面，完成后如下所示。

【2】绘制完成以后，同样的思路在L2层+1.5V网络窄的面上在按住鼠标左键然后绘制一块较长铜皮面，绘制完成的效果如下图所示；

【3】绘制完成以后，选择Edit--Shape--Box+命令（反向）退出该命令；鼠标点击刚刚添加的两个铜皮，选择BOX，进入铜皮的属性编辑窗口；在Net网络名称中下拉菜单选择+1.5V，将增加的铜皮设置成+1.5V的网络；

【4】修改完成以后点击Start Simulation开始从新仿真，对直流压降的问题进行从新观察；如下图所示，下图就是修改完成以后的铜皮情况；

【5】仿真完成以后点击View- E-Results Table菜单，选择sink Voltage 选项卡，可以看到负载的电压从1.47525V升高到了1.48414V，电压在5%的范围内；经过修改，符合要求；

【6】下图是修改完成以后，+1.5V平面2D效果，可以看到DC压降比之前要小些,善有明显效果；

（23）解决过孔VIA电流密度超标的问题，仿真结果显示，+1.5v直流网络中有一个过孔电流超标，接下来我们在这里增加过孔，通过增加过孔来分担这个过孔上的电流，用这样的方法来降低VIA电路的密度，避免过孔因为电流过大发热而烧毁；

【1】将鼠标移动到这个过孔上，点击选择中这个过孔，然后选择edit-copy复制命令，然后移动鼠标到+1.5v的这个铜皮网络上多次点击，多摆放些过孔到这个铜皮上；

【2】修改完成以后点击Start Simulation开始从新仿真，仿真完成点击View 2D E-Distrbutions菜单；打开2D彩图结果窗口，开启L1层，通过对比layout的视图查看修改后的电流分布情况，参考右侧的电流分布表，可以明显的看到通过增加过孔后电路过孔上电流的密度太小变小，约25A/mm2；

（24）解决电源平面电路密度超标的问题，仿真的结果显示，+1.5V VRM接入的地方电流大；有70-79A/mm2，这个问题我们可以通过加宽铜皮，或者双线铜皮方式进行解决；

【1】切换到TOP层，选择Edit--Shape--Box+命令，然后在TOP层在这个走线比较细地方上点击左键不放绘制增加铜皮，铜皮要GND网络融合，因此画的铜皮尽量的宽，加大GND的网络铜皮面；

【2】绘制完成以后，选择Edit--Shape--Box+命令（反向）退出该命令；鼠标点击刚刚添加的两个铜皮，选择BOX，进入铜皮的属性编辑窗口；在Net网络名称中下拉菜单选择GND，将增加的铜皮设置成GND的网络；

改完成以后点击Start Simulation开始从新仿真，仿真完成点击View 2D E-Distrbutions菜单；打开2D彩图结果窗口，开启TOP层，通过对比layout的视图查看修改后的电流分布情况，参考右侧的电流分布表，可以明显的看到通过增加过孔后电路过孔上电流的密度变小，约25A/mm2；对比之前的数据可以发现电流密度已经从79A/mm2下降到25A/mm2，平面铜箔的电流密度明显的减少；相比之前的结果来看，已经有明显的改善效果；

（25）利用PowerDC分析电源地网络的直流压降和电流密度问题；

（26）利用规则管理器可以快速定位layout中不符合规则的地方，双击可以进行关联进行查看；

（27）可以利用压降色标卡的变化，快速查找瓶颈点进行有针对性的优化；

bluezhaozhofeng

jellymaomao 发表于 2021-5-10 15:11
请问设置VRM时手动设置怎么弄？

4 Q* X9 O! \3 [& n' {/ h自己建立一个vim器件，自定义 v 1 2 0.9v（实际情况的电压）  1脚link把电源模块0.9v的焊盘和过孔  2脚link gnd焊盘和过孔

群主，话说电流密度怎么设置，如果我设置100 电源层厚度不一样，这个100是默认1oz的吗，我设置2oz 系统会自己变大
还是不管铜厚，都是100
4 {3 C" }& c( r0 B+ W

benin

shaxiangbiao 发表于 2021-1-15 14:36
写的不错，不知道楼主有没有遇到过这样的错误，在做热电混合仿真的时候，遇到过这样的错误么？failed in ge ...

7 N9 f2 q' H1 h: l8 T请问你的问题找到解决方案了吗，我也遇到一个类似的问题了failed to do mesh generation for layer
9 C6 i9 N% n2 F1 q( t+ j( u+ b3 o

yff014250

这还是2019版本？

hades_li

厉害！！！！！！！！

chenhui0044

有没有Ｐｏｗｅｒ　Ｓｉ的仿真案例

鲫鱼3525

写的很详细

淡定小毛

?( ?????ω????? )?

Yamy

学习了

x86人士

学习学习

li376422974

学习了

ray21880

这个写的可太好了
2 n! [& e- T% z! F3 O4 Q

yff014250

看看 学习学习......

xilegan

先马克，再收藏！感谢楼主！！

du951478547

学习

fang05081248

厉害了，感谢！

elewzl

碰到一个不用下载积分的了。谢谢分享。