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来源
GSAUTO
电路系统向着低电压、低功率和高速度的趋势发展，射频、模拟和数字等模块，开始集成到一个电路模块中，以获得更小的体积和更高的性能。系统能力的提高，引发了更大的开关电流，这对PDN的供电能力提出了巨大的挑战，并引发了更严重的供电噪声波动。
不良的PDN设计带来巨大的挑战
电源分配网络（PDN）是高速数字电路系统设计的基础，不良的PDN设计，会对电源完整性、信号完整性和电磁完整性带来极大的挑战。具体来讲，设计不良的PDN会造成系统的电源完整性问题，芯片从电源域引入的噪声，会引起信号判决的错误。与此同时，作为系统中承载最大电流能量的网络，PDN噪声也有可能引起电磁辐射，导致EMI指标无法达成。
因此，在PDN的设计过程中，设计工程师需要把电源噪声控制在运行范围内，为芯片提供干净稳定的电压，即使I/O高频的变化，电压也不会出现严重的跌落和纹波，保证能满足芯片正常工作的要求。通常，稳压模块能为芯片在低频输出一个稳定的电压，但是稳压模块的带宽不是无限的。一般情况下，电流动态频率超过1Mhz,稳压模块将失去补充电荷的作用。在此情况下，如果工程师仅仅进行netlist级别的仿真，是无法模拟芯片工作状态下准确的纹波的。因此，工程师需要对PCB以及片上电源分配网络（PDN）进行建模，以获取整个PDN的特性。这也成为了PDN设计过程中，工程师面临的一个巨大难题。
PDN噪声的分析方法
进行PDN噪声分析时，传统方式下，工程师仅仅分析PCB上的PDN在1Mhz到Mhz的阻抗是否满足目标阻抗的要求，但对最大瞬态电流，只能进行经验值估计。这种方式通常存在固有的“不确定性”。利用瞬态仿真模拟纹波，似乎是一个行之有效的方法。
如果芯片电源模型进行完整PDN链路纹波仿真，那么得到的结果就能非常直观地表现出，工程师需要查看的技术指标。但此时的仿真，非常依赖链路各个部分的精确建模。工程师常会选择从供应商处获取芯片电源模型，但是该电源模型，只能表达一种业务场景，无法涵盖所有的工作场景，这将导致原有模型中电流源建模不准确，最终纹波结果受到影响。因此，对于纹波仿真，工程师如何获取准确的模型，是又一项挑战。
另一种对PDN噪声进行分析的方法，设计团队需要通过芯片纹波要求，计算电源端口的目标阻抗。随后，对芯片电源端口看向VRM的阻抗曲线进行仿真，让阻抗曲线在一个特定范围内低于目标阻抗，借此满足系统不受业务场景变化的影响。但此时，产品会留下非常多的余量，导致成本大幅提高。与此同时，目标阻抗的计算依赖对于最大瞬态电流的经验值估算，存在很强的不确定性。这也反向促使设计工程师，不得不留下大量余量。
图1：PDN噪声分析方法
SiemensEDA专注客户需求，有效助力PDN噪声优化。作为电子设计自动化领域的先驱者，SiemensEDA提出了行之有效的解决方案，帮助客户在有限的成本和项目周期中，达到有效抑制PDN噪声的目标。首先，在PDN分析方面，SiemensEDA的HyperlynxLinesim可以进行电源纹波的模拟。HyperlynxBoardsim可以进行2.5D电磁仿真，对PCB进行建模。在抑制PDN噪声方面，使用HyperLynxPDNoptimizer可以在“不确定”的条件下尽可能优化电容方案成本，PDNOptimizer使用综合算法和遗传算法进行去耦电容替换，通过多次迭代，以自动化手段找出符合目标阻抗预期的最优解。
图2：PDNOptimizer的操作方式
4月28日，SiemensEDA将举办“PDN噪声分析和优化”在线研讨会，SiemensEDA的工程师闵潇文先生，将针对上述挑战，发表Siemens独特的见解与解决方案。本次研讨会,会尝试对Die到稳压模块的完整PDN进行建模，并对芯片电源域进行瞬态纹波仿真。同时研讨会将讨论时域和频域仿真对于PDN噪声分析的适用范围，并阐述PDN设计与优化的实用方法.SiemensEDA希望可以为客户提供一个“对于如何有效抑制PDN噪声”更加完整的视图，让针对电源完整性的设计和验证更加高效可靠，
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