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Sigrity 直流分析 （PowerDC）基础 2010-06-21 Agenda 1: PowerDC直流分析综述 2: 后仿真中的直流分析 3: 前仿真中的直流分析 4: PCB 中的直流分析 5: Package中的直流分析 6: 寻找最优VRM 感应线位置 2 1. PowerDC直流分析综述 3 冒烟？冒火 －－忽略直流问题带来的严重后果 Temperature Rise = 300c 4 直流（DC）分析 当前的系统设计核心供电电压越来越小，总的工作电流和布线密度则越来越 大，导致的直流问题日益突出。 如果不考虑直流问题，那么一旦直流压降（IR Drop）超标，板上器件将由于 电源的过压或欠压而不能正常工作。 如果不考虑直流问题，那么一旦I/O网络上的电阻过大，将导致有用信号的衰 减非常严重。 如果不考虑直流问题，那么一旦板上的某些区域电流密度太大，将会引起局 部的温度持续升高甚至烧毁。 如果不考虑直流问题，Package的Layout工程师将无法知道 via, bump和 ball的数目具体该定为多少，无法判断流过它们的电流是否超标。 目前，常见的直流分析主要包括IR Drop分析，电阻分析和电流密度分析。 5 IR Drop分析的重要性 IR Drop其含义为直流工作时由直流电阻造成的电压降，而此时的压降可 直接由I * R 的乘积得到因而得名 ASIC芯片的正常工作需要持续稳定的电压源 • 芯片厂商一般允许电压可以在一定范围内波动； • 电源的波动实际是由 DC损耗和 AC噪声这两部分构成的； • IR Drop的容限通常为供电电压的 5% （或更低）； • 如果总的容限为常数，那么降低了 DC损耗将为 AC噪声留出更大的设计余量 各种设计中的不利因素使DC IR Drop问题加剧 • 核心供电电压持续减小：1.2V供电变得司空见惯； • 器件的工作电流持续增大，使 IR Drop也有不断增大的趋势； • 层数变少和高密度布线使电源网络的布线空间受到压缩和限制； • 过孔周围的反焊盘使原来完整的电源平面变得支离破碎； • 越来越复杂的PCB结构使非常有经验的工程师也难以靠手工完成 IR Drop的计算 IR Drop是一个系统级的问题 • 分析中有时需要考虑封装以及多个子板的整个系统级的PDN网络； • 需要优化系统中每个器件的电压容限，确保他们都能正常工作； • 有些高端系统的 VRM还带有电压反馈，反馈线的设计需要科学布局才能发挥最大效果 6 IR Drop分析的重要性 Fig1 IR Drop使系统的电压波动超标，系统不能正常工作 Fig1 IR Drop使系统的电压波动超标，系统不能正常工作 Fig2 各种设计中的不利因素使 IR Drop的问题加剧 Fig2 各种设计中的不利因素使 IR Drop的问题加剧 7 电阻分析的重要性 电阻与电源完