SIwave 是一种电源完整性和信号完整性工具。本文讨论了 DCIR 是电源完整性求解器之一。
DCIR 对于研究 powerplane 配电网络 PDN 的电压和电流分布是必要的。该求解器可计算任何电源层中的电压降、接地层中的电压上升、电流分布、每个过孔中的电流，检测任何过孔中的过载，检测任何大量电流累积，识别潜在 ESD 问题的位置以及许多其他缺陷。
图 1：DC IR 求解器 4th图标从左侧开始
SIwave 不应用于构建 PCB。虽然这是可能的，但这不是使用 SIwave 的最佳方式。SIwave 可以导入以下类型的 CAD 文件：
图 2：SIwave 中的“导入”对话框
SIwave 从 CAD 文件中提取大量信息，例如叠层、材料、组件和网络。那么缺少什么呢？正在分配端口。就这样。在使用 SIwave 之前，强烈建议用户仔细阅读电气原理图;这将节省大量时间。
与任何其他 PI 工具一样，Siwave 了解网络的语言。导入电路板后，SIwave 立即开始寻找单个网络。并且单网是一种电连接结构，无需使用任何外部元件。单个网络可以占据许多层，但不能电气断开。要分析电源层，需要确定其网络。它可以只有一个网，也可以有很多网。如果有很多网络，则应使用电阻器或电感器连接它们。这就是所谓的被动链接。如果路径上存在集成/分立元件，则 SIwave 会将集成/分立元件的每一侧视为一个独立的链接。
绿色：单网
红色：无源元件（电阻器/电感器）
黑色：分立元件
图 3：单网络、无源链路和 Powerplane 全链路
SIwave： DC、PI、SI 或辐射中的任何过程都从选择求解器开始。选择求解器后，SIwave 会生成一个看起来像表单的对话框。用户需要检查表单并填写缺失的信息。例如，下图显示了 DCIR 求解器的对话框。用户从左侧框中选择一个无源链路（其网络），SIwave 用所有连接填充右侧框。用户指定端口的位置。在任何 powerplane 中，通常都知道一个位置的电压，即 VRM 的输出，并且只知道 powerplane 上每个芯片正在吸收的电流。因此，在 VRM 的输出端分配一个电压，在 CPU 上分配一个电流。电流源仅表示电流幅度是已知的;这并不意味着它是当前源。对每个被动链路重复此过程。然后启动求解器。
在设置中，分配一个名称。此外，在下表中，确保将任何电压源指定为负值。负值确认负列中的电网确实是电压源的参考平面。对于当前源，请保留 Non （两者都）。所以 DCIR 将决定电流的方向。其他求解器选项，用于控制求解器的精度。
图 4：输入端口对话框
- 调试求解器：
细化统计量
检查优化过程。此选项告诉用户解决方案是否顺利。需要看到幂误差以单调的方式减小。错误中的振动表示 3D 模型存在重大问题。
图 5：细化统计数据
轮廓
配置文件是检查解决方案的另一种重要方法。它给出了每个网络中使用的 solver timing 和 mesh 的概念。此信息用于比较不同的模型。用户还可以使用此信息来规划长期运行。
图 6：配置文件信息
设置
SIwave 允许用户在将来的任何时间查看使用的求解器设置。然后，用户可以判断使用什么设置来生成结果。
- 检查解决方案：
Vcc 中的电压降
DCIR 计算 Powerplane 中的电压降。右键单击解并激活 Current/Voltage 绘图。然后，通过显示每一层的电压，可以跟踪从电源到负载的任何电源平面中的电压降。将鼠标悬停在网络上以查看不同位置的值。用户正在寻找的是电压的平滑过渡。人们期望在大型 powerplane 中看到非常小的变化。任何小的 delta 都意味着大量的功率耗散。如果不是这样，那么就需要重新设计电力网络。
图 7：电压分布
接地电压上升
除了检查 Vcc 网络中的电压降外，用户还需要检查负载处的接地电压。有时问题出在接地侧，导致接地电压高于零伏。在下面显示的模型中，负载时的接地电压为 0.3mV。
图 8：接地电压上升
电流分布和方向
电流分布是 DCIR 求解器的结果之一。它提供有关电源平面网络或接地平面中任何瓶颈问题的信息。SIwave 在绘图中提供两条信息：电流的大小和方向。用户必须检查任何红色的电流浓度。如果事实证明该部分很窄，那么需要找到一种方法来扩大它。另外，注意任何尖角。如果注意到电流以不规则的方式流过尖角，那么随着时间的推移可能会出现 ESD 问题。即使是直流应用，也要始终避免出现尖角。
图 9：电流分布
通孔中的电流密度
通孔中的电流分布是 DCIR 解决方案最重要的结果。在 SIwave 中，选择选项 Display Element Data。从表中，选择 Vias （过孔）。SIwave 将显示所有过孔以及流过的电流量。它还会突出显示是否有任何过孔承载过多的电流。该限制在名为 “dc_coeff.txt” 的文件中指定。默认编号确定过孔是通过还是未通过测试。用户可以更改该编号，但默认编号为标准编号。如果任何过孔携带的电流过大，则 PCB 故障的可能性会变得非常高。然后，Designer 需要增加过孔的数量，或使用更宽的过孔。
图 10：过孔违规检查表
图 11：dc_coeff.txt
金属中的电流密度
SIwave 还允许用户验证金属是否在任何位置承载了过多的电流。在上面的同一面板中，选择 Metallization （金属化）。SIwave 可以识别电压高于特定值、电流密度高于特定值或功率密度高于特定限制的部分。如果使用得当，并且发现并修复了这些问题，这种能力可以为用户节省大量未来的问题。
图 12：RLGC 等效电路
电压探头
用户还可以在分配端口、电压源和电流源时添加电压探头。这些电压探头可以放置在任何连接上。通过参考上面的对话框并选择 Voltage probe 面板，可以看到有电压探头的位置的电压。
配电
所有层中的功率分布都可以从电流分布中提取。如果用户想要进行热分析，此信息非常重要。在这种情况下，SIwave 中的 Icepack 程序会将功率分布转换为温度分布。功率分配还用于计算 PCB 的故障中位时间 MTTF。MTTF 求解器在 SIwave 中也可用。因此，功率分配是更高级计算的必要数据。
图 13：配电
回路电阻
根据任何电源平面无源链路的 I-V 响应，SIwave 可以推导出链路的环路电阻。这是 Vcc 和接地链路的总电阻。这个数字是用户在进行调查时需要考虑的数字，而不仅仅是积极面的阻力。
图 14：环路电阻输出
路径电阻和 RL 表
路径电阻表提供了有关每个链路电阻的更多详细信息，Vcc 上的正电阻和接地平面上的负电阻。两条路径的总和就是环路电阻。这两个信息都可以使用 path resistance 或 RL table 选项找到。
图 15：路径电阻输出
图 16：RL 表输出
- 导出功能：
电源树
SIwave 可以生成幂树流程图。它有链路中不同部分之间的连接，以及电流的方向、每个分支中的电流幅度和电压降。当一个人有数十个动力飞机，每个环节上有很多模具时，用户制作这个流程图以确认模型内部的连接是正确的非常重要。流程图是确认这一点的最佳方式。它还以图形方式总结了所有结果，从而很容易理解 PCB 内部的电流。
图 17：PDN 流程图
Spice 子电路
SIwave 可以生成 powerplane 的 DC SPICE 模型。SIwave 支持多种形式，如 HSPICE、Maxwell Spice、Cadense PSPICE、Cadence Spectre 和 SIMetrix Simplis。
图 18：Spice 模型
结论：
检查解决方案，以多种形式显示数据，并以多种格式导出数据：这些是 SIwave 的用户可以使用 SIwave DCIR 求解器完成的事情。
