1.电源完整性概述 2.电源完整性仿真分析 3.DC Drop仿真流程 4.前仿真的直流压降分析（实例）
1.电源完整性概述
随着电子产品的发展，电路的集成度越来越高;同时，电子产品低功耗也成为了电子产品发展的一个主旋律，那么当电源向低电压和大电流发展时，整个电子产品的电源系统设计就变得更加复杂，所以在PCB 设计时，工程师需要用比较大或多的电源平面来满足电源的传输，这就与产品小型化的发展产生冲突。如何能平衡这种矛盾，需要工程师在设计之前就得好好思考，一个经验丰富的工程师可能很清楚如何规划和设计，但经验有时候与现实也会出现不对称，更何况并不是所有的工程师都有非常丰富的工程设计经验。另外信号与电源的相互作用，也给设计带来了非常大的挑战，这时就需要借助仿真软件对PCB 设计进行电源完整性仿真和分析，以给设计提供一些指导。
信号完整性是为了保证信号从发送端完整地传递到接收端，使信号不发生失真和畸变。电源完整性则是为板级产品提供一个稳定、可靠的电源分配系统，具体到特定地电源网络就是使用电芯片能持续稳定地获得供电电源，并在芯片用电时控制电压的波动及噪声满足设计的要求。
电源完整性设计一直存在于每一个设计中，只是大多没有引起工程师们的注意。随着越来越多的由于电源设计不良造成产品不良或者可靠性出现问题，才使得更多的工程师关注电源完整性。
电源完整性就是通过设计合理的平面电容、分立电容、平面分割等来确保PCB级电路通道阻抗满足设计要求，确保板级电源质量符合元器件及产品稳定运行工作的要求。
电源完整性和信号完整性会相互影响和制约。电源、地平面在供电的同时也是信号传输线参考回路，从而直接关系到信号传输性能。同样，信号完整性在传输或工作时，也会给电源系统带来一定的干扰，如果处理不好，也会直接影响电源的完整性设计，如同步开关噪声。
2.电源完整性仿真分析
电源完整性仿真主要分为3部分:
（1）板级直流压降仿真分析，确保板级电源通道满足元器件的压降限制要求;
（2）板级电源分配网络的去耦电容阻抗仿真分析，在充分利用平面电容的基础上，通过仿真分析确定去耦电容的数量、种类、位置等，以确保板级电源通道阻抗满足用电端稳定工作要求;
（3）噪声分析，通过仿真避免板级噪声对电源质量及EMI的致命影响等。
本文主要介绍直流压降仿真分析。电源直流压降的仿真，又称电源直流跌落仿真 DC IR Drop 或IR Drop)。HyperLynx软件中集成了电源完整性电源电压跌落仿真功能(DC Drop Simulation(PowerScope))。它不仅可以对电源平面电压跌落进行仿真，还能对电源过孔和平面的电流密度进行仿真。
3.DC Drop仿真流程
DC Drop仿真的流程与其他类型的仿真类似，分为仿真前准备、仿真中设置和仿真后结果分析3部分。
在进行仿真前，需要收集仿真相关的资料信息，包括选择需要仿真的电源网络、收集仿真网络的电源供电端的数据手册、收集用电芯片的数据手册、确定电源电压和电流、层叠资料等。另外，一定要明白PCB设计中电源设计的大致情况，包括电源通道在PCB的哪些层电源的用电端有哪些、分布在PCB哪个位置等。了解这些内容对后面仿真设置和分析非常有用，这也是所谓“磨刀不误砍柴工”。
仿真中的设置主要是仿真文件相关内容，包括层叠中介质、铜箔厚度等参数的设置、电源和地网络的选择和赋值、供电端(VRM)的选择和设置、用电端(Sink)的选择和设置供电网络互连设置。之后再根据项目电源电压及所耗电流进行仿真设置。
在很多情况下，项目在由PCB文件转换为仿真文件*.hyp时，很多电源的电压值都会不对应，所以无论进行电源仿真还是信号完整性仿真，都应尽量先把电源电压设置好。
仿真后结果分析主要是分析仿真获得的结果、得出结论或改善的建议，然后反馈给相关的工程师进入下一个设计或制造环节。
4.前仿真的直流压降分析（实例）
(1)打开HyperLynx软件。单击菜单“File”→“New Free”→“Form Schematic-SI/ PI”，打开两个窗口:“Free-Form Schematic Editor”和“PDN Editor”。对于直流压降分析，需要引用“PDN Editor”。
(2)使“PDN Editor”最大化，得到如图所示窗口。
在接下来的个步骤中，将创建一个简单的板子。
(3)单击按钮，打开添加矩形框的对话框，如图所示。
在本例中将设计一个矩形形状的板子，但是请注意，“凸”’是用于画椭圆和多边形的。此时也被激活了，变为黑色。这允许设计者在PDN编辑器中创建不同形状的电路板。一日打开添加矩形对话框，就可以在对话框中输入坐标或输入板的尺寸，或者可以使用鼠标在 PDN编辑器中画出板子的轮廓。
（4）设置添加矩形对话框，如图所示，然后单击“Add”按钮。
(5)从菜单栏中选择“View”→“Fit to Window”命令，以确保整个板子在PDN编辑器窗口中。
(6)单击工具栏上的按钮‘’三‘’，如图所示。
(7)在打开的对话框中选择“All plane”，显示如图所示。
这个板子有一个默认的6层板结构，在上面的操作中仅仅是在PDN编辑器中激活了电源层。
(8)单击“Close”按钮，关闭选择激活层对话框。
在接下来的几步中，将为板子添加源(power)和漏(sink)。为了进行直流压降分析，至少需要添加一个源(power)和一个漏(sink)。
(9)单击工具栏上的“Add IC PowerPin(s)”按钮‘’f‘’，给板子添加电源引脚。
(10)打开的添加IC电源引脚对话框如图所示。
(11)为了得到直流模型的电流和电阻值，单击“Edit”按钮，进入IC电源引脚的电流和电阻对话框，如图所示，一个理想电流源(电阻很大)通常是一个可接受的直流电源IC模型。
(12)单击“OK”按钮来关闭直流电源引脚模型设置对话框。
(13)单击“OK”按钮关闭添加IC电源引脚对话框。
在接下来的几步中，将为板子添加一个VRM(power source)。
(14)单击工具条中的“Add VRM or DC-DC convertor”按钮打开添加VRM或直流转换器对话框，设置如图所示。
(15)单击“OK”按钮关闭对话框。电源引脚设置如图所示，把鼠标放在每个引脚上能够查看它的引脚分配，如图所示。
(16)单击“File”→“Save”，保存为新的PDN schematic，路径为‘’C:\PITrng\lab2\ exerl\pre_dc_drop.ffs。‘’
(17)单击“Simulate PI”→“Run DC Drop Simulation(PowerScope)”，开始直流压降仿真分析，得到直流分析对话框如图所示–这将规定仿真结果达标的上限，还将保存仿真结果到电子表格中。
(18)单击“Simulate”按钮，进行仿真。
仿真完成后，结果如图所示。结果将会显示在PowerScope(三维图形结果)和报告窗口(文本的结果)中。在三维图像中，请注意颜色标尺(深蓝色代表最高的直流电压，红色代表最低的直流电压)。
这个图像可以通过PowerScope窗口左上角工具栏中的按钮进行转换、放大、查看。
(19)练习使用PowerScope窗口左上角的控制按钮。
用来检测设计中直流问题的最好方法是通过查看电流密度图顶视图，在以下几步中来介绍如何使用这类图形。
(20)在“PowerScope”窗口的右上角单击“Visual Options”按钮，然后在“Graph type”中选择“the DC Current Density”框，单击“Positioning Options”按钮，使得在“Position and scale”部分下的“Auto span&origin”框不被选中，通过单击窗口左上角工具条中的控制按钮，确保选中电流密度顶视图。
(21)在窗口的右上角，为了得到一个更好的电流密度分布图，修改Span设置(使用滑动条或向上、向下箭头)。此时，能够看到板子上电路密度的变化，如图所示，红颜色表示电流密度最高的区域。
通过单击窗口右下角的“Save”按钮，这个图形仿真结果可以保存在.tps文件中。也可以通过单击“Print”(打印按钮)或“Copy”(复制按钮)复制到剪贴板上然后打印出来。
直流压降分析还能在“Reporter”窗口中生成一个文本报告，如图所示，报告中能够显示分配模型的引脚上的电流、电压以及电压源和电流通道。如果在仿真前单击.xls，这个信息也将保存在.xls文件中。.xls文件可以在“Reporter”窗口中通过单击高亮显示的链接打开。“Reporter”窗口的底部会显示当前仿真结果是否通过在仿真之前设置的约束条件。
如果设计者想要修改之前的PDN设计，再次运行仿真，那么可以查看最新一次仿真结果之前的一次仿真结果，还可以对两次仿真结果进行比较和分析。
(22)退出“Reporter”窗口和“PowerScope”窗口，并进行保存。
