【PDN仿真笔记6-使用Sigrity PowerSI进行PDN仿真的方法1】

PDN仿真笔记6-使用Sigrity PowerSI进行PDN仿真的方法1

1.电容模型的处理

在进行PDN仿真前，需要添加无源器件的模型，其中主要需要关注的是电容模型。关于电容模型的详细分析请见链接：
【PI仿真笔记2-电容模型1】
【PI仿真笔记2-电容模型2】
一般器件厂家提供的电容模型分为两种，一种是Spice模型，一种是S参数模型。在仿真时，两种模型均可以使用，但是需要注意，模型本身均有所适用的频率范围，需要在频率范围内使用。
下面分别说明两种模型的使用方式。

（1）Spice模型

• 模型下载
  如KEMET陶瓷电容C0402C103K4RACTU，其模型链接为：
  https://ksim3.kemet.com/capacitor-simulation?pn=C0402C103K4RACTU&disty=mouser
  希望选择100M左右的Spice模型
  
  然后将中心频率调整为100MHz
  
  点击下载Spice模型
  
  

下载好的模型并不能直接使用，还需要确认内部信息是否正确

• 模型信息确认
  下载好的Spice模型内容如下
  
  第一行的格式为：.SUBCKT 模型名称 pin1 pin2
  多数情况下，pin1和pin2的需要并不与Sigrity中一致，Sigrity中一般的pin=1，pin2=2，故需要将pin1和pin2的需要修改为与Sigrity中一致
  第四行的格式为：电阻or电容or电感位号 pin1’ pin2’ 电阻or电容or电感值
  其中：
  1）电阻or电容or电感位号在整个模型中是唯一的，不可重复
  2）pin1’，pin2’为该位号的2个pin，说明的是模型中各个器件之间的连接关系
  上述模型描述的就是下图的关系
  
  需要注意的是，在将第一行中的pin1和pin2修改后，需要在模型中同步做修改，若模型中已经有编号1,2，则应将原编号1,2修改为其他序号。如上述模型可修改为：

.SUBCKT C0402C103K4RACTU 1 2
*Temp = 25°C, Bias = 0VDC, Center Frequency = 100000000 Hz
*KEMET Model RLC Cerm
R1 3 4 0.0671883225440979
R2 22 5 6.59999990463257
R3 1 2 99999997952
L1 1 22 1.88560042579944E-11
L2 22 3 3.58264080901893E-10
C1 4 2 8.74246808280077E-09
C2 5 2 2.09999990463257E-12
.ENDS

修改完成后该模型还不能直接使用，因为PowerSI中，模型的格式为：

.PartialCkt 模型名称 ExtNode = pin1 pin2
C pin1 pin2 具体值
.EndPartialCkt

需要将上述模型按照PowerSI的要求格式进行修改，修改完成后可调用的格式为：

.PartialCkt C0402C103K4RACTU ExtNode =1 2
*Temp = 25°C, Bias = 0VDC, Center Frequency = 100000000 Hz
*KEMET Model RLC Cerm
R1 3 4 0.0671883225440979
R2 22 5 6.59999990463257
R3 1 2 99999997952
L1 1 22 1.88560042579944E-11
L2 22 3 3.58264080901893E-10
C1 4 2 8.74246808280077E-09
C2 5 2 2.09999990463257E-12
.EndPartialCkt

如果厂家无法提供可下载的spice模型，只能提供图纸，则需要自己根据图纸按照上述格式自行搭建模型。
模型搭建好以后，在PowerSI中，点击Load按钮加载即可

推荐在仿真时使用spice模型，模型适用性更好。
注意：
在Murata的官网下载模型时，会要求选择串行模型还是并行模型，即series、shunt两种模型。非特殊要求，模型均选择串行模型。原因在于，相对于电源的正极和负极来说，电容是串接的，故选择串接模型。

（2）S参数模型

在使用电容S参数进行仿真时，无法直接在模型中赋S参数，需要按照下述格式进行修改

修改完成后的CKT文件如下：

.PartialCkt 103_1 ExtNode =1 2
S1 1 2 3 2 Model=“C:\Users\hx\Desktop\C_mode\C0402C103K4RACTU.s2p”
V 3 2 0
.EndPartialCkt

按照Spice模型的调用方法进行S参数模型的调用。
注意：上述格式只针对2端子电容

2. PowerSI仿真PDN的步骤

（1）首先需要配置叠层的厚度及材料

点击“View Material”，进行材料的配置，根据材料特性，依次输入不同频率下的介电常数和损耗。

如果想要导出材料信息，则在选中新添加的材料后，选择“Export to Library”进行保存

在需要调用时，选择“Export to Design”再导回到设计中

之后需要设置过孔的参数，需要设置镀孔的材料和厚度，一般材料为copper，厚度25um左右，与实际项目进行匹配。

（2）仿真配置

在进行仿真时，需要在“Tools”->“Options”->"Edit Options"中，进行配置

其中，“Special Void”需要根据需要进行配置，设置的分辨率需要小于仿真的最小单元，一般设置为1mil。

“Network Parameters”中，Power Nets建议设置为0.1ohm，Signal Nets建议设置为50ohm。Power Nets设置为0.1ohm可以让电源网络的S参数仿真精度更高，更好的抵消模型本身的精度问题。

（3）选择仿真网络，添加模型

在Net Manager中选择需要仿真的电源网络并Enable

在Components Manager中，将需要进行仿真的无源器件的模型添加进来，选择“Load”

将对应的CKT等模型文件导入

选择需要使能的元器件，如电容、电感、电阻等器件，在“Model Name”中对对应器件进行赋模型

对于采样电阻来说，需要将其模型中阻值设置为0ohm，注意通流的pin与采样pin之间的对应关系、如下pin1，pin2为通流pin

（4）添加Port

待仿真网络和无源器件模型添加完毕后，需要添加port，选择“Setup”-》“Port”

然后选择准备仿真的IC，点击“Generate Ports”，自动生成port。注意，如果电源网络的GND与pin之间存在对应关系，需要检查自动生成的port对应关系是否正确。

为了增强仿真精度，PDN仿真时，电源的“Ref Z（Ohm）”建议设置为0.1ohm

（5）设置扫描方式

点击“Setup Simulation Frequency”

根据需要设置仿真的起止频率，一般扫频类型都是设置为自适应Adaptive

（6）仿真

以上设置均完成后，即可点击“start Simulation”进行仿真，仿真结果输出后，右键选择“Show X and Y axes in log scale”，将仿真结果的X和Y轴均按照指数方式显示

即可输出所需的仿真结果

PDN的Mask添加方式可参考：
https://blog.youkuaiyun.com/qq_42682826/article/details/127098555