隨著產(chǎn)品集成度的提高，PCB上各種型號(hào)芯片總功耗的增大，產(chǎn)品的電源供電設(shè)計(jì)變得越來(lái)越具挑戰(zhàn)性，如何快速把一個(gè)產(chǎn)品復(fù)雜的電源連接關(guān)系清晰地用圖形顯示出來(lái)（以下稱(chēng)為“電源樹(shù)”、“PowerTree”），然后在電源樹(shù)上對(duì)數(shù)值進(jìn)行輸入并共享給相關(guān)軟件調(diào)用將是產(chǎn)品硬件、PCB、PI仿真等人員非常感興趣的話題。本文以一個(gè)數(shù)據(jù)加速卡產(chǎn)品的某個(gè)電源為例，介紹使用Sigrity PowerTree軟件模塊抽取PCB中電源“電源樹(shù)”結(jié)構(gòu)的過(guò)程，并對(duì)“電源樹(shù)”中的元件賦上相應(yīng)的電壓、電流等參數(shù)后，最后在PowerDC仿真流程的對(duì)應(yīng)模塊中無(wú)縫導(dǎo)入這些數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)這種提取及應(yīng)用電源樹(shù)的方法非常便于模塊重用、編輯、正確性檢查及提高工作效率。

背景

PCB進(jìn)行PI仿真分板時(shí)，有個(gè)必須的步驟是把不同電壓給不同元件供電時(shí)的數(shù)據(jù)整理出來(lái)，把這些元件及其對(duì)應(yīng)的電壓、電流快速且準(zhǔn)確地整理出來(lái)是一個(gè)耗時(shí)、耗力及需要耐心的工作。在獲得非常規(guī)范的原理圖原文件前提下，根據(jù)原理圖的電源結(jié)構(gòu)及元件信息整理出這些數(shù)據(jù)不會(huì)很難，但一線的工程師都明白：絕大多數(shù)情況下PCB/PI工程師拿不到原理圖文件，只能在PCB文件或PDF格式原理圖上下功夫，再?gòu)倪@些“一般都不規(guī)范”的原理圖中整理出各電源與元件的連接關(guān)系及對(duì)應(yīng)的電壓與電流值。

在PI仿真過(guò)程中尋求一種新的工具快速整理出電源與元件的連接關(guān)系，或讓最了解這方面的人提供這些數(shù)據(jù)是工程師們一直所追求的目標(biāo)，這樣不但會(huì)使數(shù)據(jù)更有保障還可以提高工作效率。本文將描述一個(gè)具有此功能的工具（PowerTree）在一個(gè)高速產(chǎn)品上進(jìn)行電源結(jié)構(gòu)（以下稱(chēng)：電源樹(shù)）的提取過(guò)程，并共享出其中的方法、思路及視頻。

電源樹(shù)提取方法

日常PI仿真工作中，整理元件及不同電壓下電流大小的方法時(shí)不同的公司在方法上會(huì)有差異，主要涉及到下面的幾類(lèi)工作與方法：

方法1：根據(jù)客戶(hù)提供的材料，用手工畫(huà)出相應(yīng)的電源結(jié)構(gòu)，如下圖1所示。這個(gè)做法需要先了解PCB或原理圖再在后期手工輸出，后期畫(huà)結(jié)構(gòu)圖會(huì)較耗時(shí)，且對(duì)梳理人員的各識(shí)技能有一定的門(mén)檻。

*數(shù)據(jù)來(lái)自《信號(hào)、電源完整性仿真設(shè)計(jì)與高速產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例》第11章。

圖1 手工繪制產(chǎn)品包含的電源結(jié)構(gòu)示意圖

方法2：使用EXCEL表格進(jìn)行詳細(xì)整理，算出涉及到的各個(gè)元件及功耗的信息，如下圖2，這個(gè)過(guò)程也需要耗較長(zhǎng)時(shí)間，數(shù)據(jù)需要與客戶(hù)確認(rèn)，是最常用的方法。

*數(shù)據(jù)來(lái)自《信號(hào)、電源完整性仿真設(shè)計(jì)與高速產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例》第11章。

圖2 手工整理數(shù)據(jù)并使用EXCEL顯示方式

方法3：在PCB上通過(guò)“高亮”網(wǎng)絡(luò)顯示，這類(lèi)顯示較為直觀，為大多現(xiàn)行PI工程師用來(lái)察看網(wǎng)絡(luò)的連接情況時(shí)采用。

圖3 PCB電源與相關(guān)元件連接的顯示效果

本文提供的方法---使用PowerTree工具提取電源樹(shù)

使用Sigrity提供的PowerTree模塊，軟件自動(dòng)提取網(wǎng)絡(luò)相連的全部元件且在新建的圖中獨(dú)立顯示，如圖4。與傳統(tǒng)方式對(duì)比有“耳目一新”的感覺(jué)。

圖4 使用PowerTree自動(dòng)提取的整體效果

以上顯示了主要IC及用于中間連通的電阻、電感、磁珠等元件，還可以把此電源相連的電容也全部顯示出來(lái)，因?yàn)樾枰粋€(gè)第三方網(wǎng)表即可生成這個(gè)圖形，因而這些工作可以由原理圖設(shè)計(jì)者對(duì)電容元件的模型、IC的電壓/電流等數(shù)據(jù)先進(jìn)行前期的賦值，并把賦值后的文件保存，便于后面PI仿真時(shí)直接導(dǎo)入。

圖5 POWERTREE顯示電容賦模型及IC賦上電流值后的效果

實(shí)例應(yīng)用體驗(yàn)

對(duì)《信號(hào)、電源完整性仿真設(shè)計(jì)與高速產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例》第11章的例子加入PowerTree的使用的內(nèi)容后，發(fā)現(xiàn)PowerTree的解決的 “痛點(diǎn)”主要集中在如下的幾個(gè)方面：

1. 把一個(gè)項(xiàng)目的主要電源連接結(jié)構(gòu)通過(guò)圖形化單獨(dú)顯示，非常直觀方便編輯

2. 在PI仿真階段前期，對(duì)應(yīng)元件的工作電流及電源模型可以讓原理圖工程師在PowerTree上完成，后期在PI儲(chǔ)中直接調(diào)入，從而節(jié)省時(shí)間及減少錯(cuò)誤

3. 通過(guò)PowerTree還方便為有相似的電源應(yīng)用的項(xiàng)目提供參考

4. PowerTree中的元件可以根據(jù)需要增減并可分發(fā)給不同部門(mén)檢查

PowerTree與其它軟件模塊的數(shù)據(jù)關(guān)系圖

PowerTree數(shù)據(jù)與周邊的軟件模塊相互調(diào)用，對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系如圖6

圖6 POWER與其它模塊的數(shù)據(jù)關(guān)系

PowerTree提取過(guò)程

這里介紹PowerTree調(diào)入第三方網(wǎng)表的使用方法。根據(jù)PCB DESIGN HOUSE日常的工作經(jīng)驗(yàn)，很多情況下拿不到原理圖原文件，第一方網(wǎng)表也不易獲得，因而第三方網(wǎng)表最為適合?，F(xiàn)在的EDA軟件基本都可以輸出PowerTree所需的第三方網(wǎng)表格式，因而PowerTree的使用可以應(yīng)用到更多的EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)。

注：這里的方法基于《信號(hào)、電源完整性仿真設(shè)計(jì)與高速產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例》中11章的內(nèi)容，使用PowerTree提取從PCIE金手指（U2處供電）到各元件（U36、U41、U44、U51）的電源樹(shù)結(jié)構(gòu)。

注意點(diǎn):鏈路中的N-ChannelMOSFET管（U39）需要設(shè)為直通類(lèi)型及設(shè)置對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通電阻（通過(guò)查DATASHEET得到導(dǎo)通電阻0.014Ω）。

圖7 MOS管在12V鏈路中的連接情形

PowerTree使用過(guò)程簡(jiǎn)單，主要步驟：。

a) 新建一個(gè)PowerTree

使用圖8 New Power Tree界面中的Allegro layout netlist file第三方網(wǎng)表選項(xiàng)

圖8 新建PowerTree界面及推薦選項(xiàng)

b) 后面只需根據(jù)軟件提供的界面流程一步一步操作（在此省略中間的步驟，可以參考軟件自帶HELP文檔，或在作者微信公眾號(hào): amo_eda365上看相應(yīng)的使用視頻），到圖9中的步驟把PowerTree上編輯的數(shù)據(jù)（Vrm、Sink、分立元件值或模型）后另存為pwt結(jié)尾的文件導(dǎo)入到PowerDC中。

圖9 PowerDC仿真考流程中PowerTree應(yīng)用菜單

c)PowerDC中數(shù)據(jù)在Apply Power Tree按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)縫導(dǎo)入前后的效果比較圖。

圖10 Apply Power Tree前各IC的SINK數(shù)據(jù)待填入

圖11 Apply Power Tree后各IC的Sink對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)已自動(dòng)更新

可見(jiàn)這些PowerTree設(shè)置的數(shù)據(jù)可以在PowerDC仿真過(guò)程中被直接導(dǎo)入更新，這樣就大大提高了工作效率并減少出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。

結(jié)論

本文所用PowerTree工具導(dǎo)入第三方網(wǎng)表的方法適用性非常廣，可使用其它EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)生成的第三方網(wǎng)表，并且把電源樹(shù)的關(guān)系及相關(guān)的電壓、電流值及賦模型工作在原理圖階段由不同的人完成。文章使用PowerTree功能模塊在實(shí)際項(xiàng)目PI仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)PowerTree對(duì)于電源網(wǎng)絡(luò)的直觀性、易用性及效率提高方面都很出色。