[发明专利]基于SIWAVE软件的ARM PDN优化设计方法

说明书

本发明提供了一种基于SIWAVE软件的ARM PDN优化设计方法，首先确定ARM的电源分配网络PDN的目标阻抗；在SIWAVE软件中，使用PDN电容指定S参数，编译Z参数；通过改变PDN布局或电容选择，使Z参数与目标阻抗的差值在设定范围内；确定需要优化的电容；设定仿真参数，重新编译计算，通过改变电容选择，使仿真阻抗在目标阻抗内，此时软件会自动去掉高环路电感的电容，得到最终的仿真结果；据此更改ARM PDN原理图，形成最终ARM PDN设计。本发明可以自动优化和配置电容的型号和数量，实现最佳的ARM PDN布局设计，从而能节省PCB空间，降低ARM电源噪声，提高EMC一次通过率，节省成本。

技术领域

本发明涉及一种ARM PDN优化设计方法，尤其涉及一种基于SIWAVE软件进行仿真的ARM PDN优化设计方法，属于汽车电子电源仿真技术领域。

背景技术

ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。在汽车电子领域，ARM的使用越来越广泛，ARM的功能越来越强大，ARM的PDN(电源分配网络)也越来越多。而ARM的尺寸却越来越小，同时电源的电压越来越低，不少电源的供电电压在0.8V左右，但对电源的纹波要求却越来越高。放置数量合适、封装合适、容值合适、型号合适的电容就成为了提升PDN性能的关键，良好的PDN性能将是高速信号PCB(印制电路板)的EMC(电磁兼容)性能的关键指标。

随着汽车电子行业的快速发展，以及高速通讯数据、无线数据处理和高清大屏的大量使用，对ARM的要求越来越高。由于ARM有多达十几个的关键PDN，对于单个的PDN并联的去耦电容数量极为有限，选择数量合适、型号合适的电容，就十分有必要。

传统技术中，通常是通过增加电容数量来提升PDN的性能，这种方法的效果很差，既浪费电容，又占据了很大的PCB空间，而且需要长时间的调试。此外，多次的电容焊接还会引起安装电感的增加，增加了电路板的数据误差。

目前，ARM PDN的优化评估有以下几种方法：

(1)使用示波器测试电源的纹波。这是一种传统的评估方法。基于PCB的物理特性所做的测量，需要成品的PCB及相关物料。这种方法对于带有高频噪声的精度不够高，同时在测试结果出现问题的时候，需要重新改板、制作、测量。这对项目的开发成本及开发时间都是考验。

(2)使用网络分析仪测试电源平面阻抗Z11。这是一种比较新型的测试方法。基于PCB和过孔的物理特性，以及安装的电容和电感特性等的一种综合测试方法。这种方式对电源噪声在30MHz之内的PDN系统来说，是有效的，有参考价值；但对于噪声大于30MHz的PDN系统，受到测试点位置、测试线束及测试夹具等的限值，很难得到有参考价值的数据。

(3)仿真。使用Hyperlynx19.2版本仿真软件，可以仿真出当前状态组合的电容的电源平面阻抗，判断是否满足目标阻抗的要求，但无法自动配置电容的型号和数量。每次仿真都需要重新调整电容的数量或电容的型号，调整效果不佳。

SIWAVE软件是一款综合电磁场仿真、信号完整性仿真、电源完整性仿真、电子热仿真和芯片仿真的软件，通过提取2D、3D器件及PCB传输线等的S参数建立系统和高精度的复杂仿真电路，获得更真实的数据。

ARM PDN是ARM芯片下方分布在PCB内部的电源分配网络系统。一般情况ARM的重要电源至少有6个，而综合成本与性能因素一般PCB的层数会在6到8层，考虑到DDR3信号层的分布及其他重要信号线的分布和Ground参考层的分布，这些重要电源的平面分布就非常关键和重要，同时其网络的电容分布也非常关键。因此，如何分布合适电容对PDN是非常困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够按照目标阻抗，自动优化和配置电容的型号和数量，实现最佳的ARM PDN布局设计的方法。