基于高端FPGA的IC验证平台的PI分析

3.3 多节点仿真  

单节点仿真可以确定去耦电容的数量，但电源系统的阻抗不仅取决于去耦电容的数量，还取决于电容的分布位置。为了获得更精确的结果，应该布好去耦电容、噪声源以及VRM，然后在整个频率范围内进行多节点仿真。不同于单节点仿真，此时SQ PI使用一个带恒流源和恒压源的理想电路来连接去耦电容和VRM。多节点仿真对物理设计中这些文件的实际布局进行精确的仿真。  

多节点仿真通过将电源平而分隔成用户定义的网络尺寸，并将VRM、噪声源以及去耦电容连在网格中合适的节点，通过确定每个节点附近的阻抗来进行更精确的仿真。  

为使仿真最准确，网格中网孔的大小必须大于系统最高频率对应波长的1／10。系统的最高工作频率为266MHz(DDR内存模块)，电路板电介质材料是FR-4，介电常数εr为4.5，于是波长如下：  



电路板大小为122mm×205mm，故只需4×4的网格就可以准确仿真。为便于分析，本文采用8×8的网格。放置好电容后。  

在0-266MHz之间，波形大部分都在目标阻抗以下，超出目标阻抗的波形所代表的网孔都在电路板的边缘，对电路影响不大，因此电容分布满足要求。  

4 总结  

通过电路的实际测量，发现各电源分配系统均能很好的工作，与仿真结果基本一致。为了进一步提高仿真精度，可以通过频域测试，建立基于S参数或SPICE等效电路的电容模型库，也有利于提高电源完整性仿真的效率。  

本文讨论的系统是FPGA的IC设计验证平台，其电源完整性的分析方法对于其他类型的电子产品设计也有一定的借鉴意义。随着系统频率的提高，电源分配系统越来越复杂，PCB的电源地阻抗谐振现象变得更加突出，直接影响到系统的稳定工作以及产品级的EMI／EMC认证，因此在IC或产品设计早期，应该在系统层面进行电源完整性仿真，模拟真实系统的行为，提前发现系统中潜在的电源问题，从而有利于提高产品系统工作的稳定性，加快产品的开发上市。