Sigrity PowerDC是如何计算IR Drop Margin？

Posted 2020-09-02 回声小站

         IR Drop仿真是一个系统层面的问题，需要考虑完整的Power Distribution System(PDS)链路上所有压降，并以此来优化每颗器件所接收到的供电电压。

        在设计设计中所有的电源供电芯片在相应的设计下都有一个标称的输出电压与电压波动范围（可能是由于芯片本身或所用分压电阻误差造成）。每颗SINK芯片也有标称的正常工作的电压与上下容限范围。我们需要根据这些给定条件结合PowerDC仿真结果来判断PDS设计是否符合要求。

 

典型的PowerDC仿真流程：

 

案例1： 实际电压低于正常额定电压

        如下图所示的一个PCB板，一个VRM同时给两个SINK供电，SINK1通过一个被动元件（如磁珠或电阻等）与VRM连接，SINK2直接通过PCB敷铜与VRM连接。假设VRM输出电压为1.5V，输出容限为0%，SINK1和SINK2额定供电电压为1.5V， 容限为1%，供电电流分别为5A和0.2A。

        PowerDC的仿真结果如下图所示，SINK1和SINK2结果都为FAIL。那么PowerDC软件是如何计算Margin值的呢？

        当实际电压低于正常额定电压时，Margin通过下面公式计算：

        Margin = (Actual voltage + SinkLowerTolerance) – (Normal voltage + VRMoutputTolerance)

        因此以U2为例计算得到U2的Margin为：

        U2_margin = [1.42763 + (1.5 * 1%)] – [1.5 + (1.5*0%)]

                             = 1.44263 – 1.5 = –0.05737V

        当Margin为负时则说明IR Drop仿真结果Fail， 在PowerDC报告中会出现一个红色的叉叉。

 

案例2： 实际电压高于正常额定电压

        假设有一个PCB设计如下图所示， 包含一个VRM和4个SINK芯片，VRM与SINK的设计参数见下图仿真结果表格所设。

        PowerDC最终的仿真结果显示所有SINK的IR Drop仿真结果都PASS，那这些Margin值又是如何计算出来的呢？

        当实际电压高于正常额定电压时，Margin通过下面公式计算：

        Margin = (Normal voltage + SinkUpperTolerance) – (Actual voltage + VRMoutputTolerance)

        因此以SINK_U_flash1为例计算得到SINK_U_flash1的Margin为：

        SINK_U_flash1_margin = [3.3 + (3.3 * 1.2121%)] – [3.31945 + (3.3*0%)]

                                                 = 3.33999996 – 3.31945 = 0.020548V

        当Margin为负时则说明IR Drop仿真结果Pass， 在PowerDC报告中会出现一个绿色的勾。

 

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