Siwave&Icepak

1在PCB设计中，由于平面层的分割，不理想的电流路径和各种过孔、信号线的分布，流响过真析电源网络的直流供电常常受到影响。通过DCIR drop仿真可以更好的分析和控制直流供电网络的性能。首先打开文件DC_voltage_drop.siw，如上图：打开后，首先检查PCB的重要信息是否完整，包括: board geometry, stack up, nets, and circuit elements点击菜单Edit‐ Layer Stack(Crtl+L). 打开Layer stack 窗口检查层叠信息.打开Nets Tab 显示所有的网络点击菜单Edit ‐ Circuit Element Parameters. 显示器件和端口激励等信息生成Sources 和Sinks：执行直流压降仿真，需要首先定义电压源和电流负载。通常，定义在电源模块VRM和IC芯片处。这里我们手工定义电压源和电流负载。通常我们在Layers窗口, 仅显示SURFACE layer。点击菜单Edit‐Select‐Board Element，然后在坐标（x:‐1400; y:‐1000）处选中器件U2，使其高亮，如上图点击菜单Circuit Elements‐Generate on components，弹出如左窗口：按图中所示设置，然后点击Create，在U2的VCC和GND之间生成Current Source，并在Set Current Source Properties窗口中设置如右：Select Frequency IndependentMagnitude: 1 AmpsParasitic Resistance: 5e+07Phase:0 degreesClick OK生成Current Source完毕，即在器件U2的每个VCCpin上定义了一个1A电流的sink（接收端）8设置好Sink后，再放置Source。为了显示VRM的位置，我们先改变网络颜色，在Nets Tab‐ VCC‐ 鼠标右键‐ Change Net Color ‐ Red，将VCC改为红色，Nets Tab ‐ GND ‐ 鼠标右键‐ Change Net Color ‐ Green，将GND改为绿色菜单View ‐ Top‐Down View, 点击菜单Circuit Elements‐Voltage Source，然后将电压源的正极放在SURFACE层，坐标（x:2800; y:‐1950）；负极放在SURFACE层，坐标（x:2800; y:‐2150），然后定义电压源层如下：Positive Terminal Layer选择SurfaceNegative Terminal Layer选择Surface定义电压源属性如下：选择Frequency IndependentMagnitude: 1.8 VoltsParasitic Resistance: 1e‐08Phase:0 degrees电源内阻很小菜单Edit Circuit Element Parameters  to 检查我们设置的电压源和电流负载12定义好Source和Sink后，就可以开始仿真：点击菜单Simulation‐Compute DC Current/Voltage设置直流压降仿真的参数：格剖Compute DC Current and Voltage Distribution 定义网格剖分选择剖分bonding wire和Via会提高精度，但是会造成仿真速度下降.Perform Adaptive Mesh Refinement. 设置自适应网格剖分和加密。一般选择minimum of 1 and maximum 5 降低精度，快速得到仿真结果；选择minimum of 3 and maximum of 8 –10 可以得到更精确的结果。也可以改变收敛判据来加速仿真或者获得更精确结果注意选择VRM的负极为接地.输出功率损耗到ICEpak热仿真选择Export Power Dissipation to AnsysIcepakMin Thermal Cell Size:3mmMin Power Loss Per Cell: 0.05 milliwattsClick OK.当仿真结束，输出功率损耗结果(.OUT) ，Icepak将会读取如下路径的损耗文件:\01_7_DC_voltage_drop.siwaveresults\0000\dcthermal15仿真结束后弹出下面的窗口，在DC Current/Voltage Plot Visibility 窗口，当电压和电流密度都选取时，不会显示梯度，当分别显示时，才才可以显示梯度。将其它框内钩选项取消，仅保留VCC层的电压分布图：17为了更好的用颜色梯度来显示电压分布：点击屏幕左侧的Color Scale彩条，在弹出的Edit Color Scale窗口中设置如下，即可方便地观察到PCB上的电压分布情况；选择User Defined. 改变maximum to 1.8 V，the minimum to 1.77 Vthen  OK.移动鼠标时，系统也会实时显示光标所在点的电压值：同样方法可以观察到PCB上电流的分布情况：选择VCC层的Current Density，不选Voltage.改变scale to Logarithmic‐ OK.移动鼠标时，系统也会实时显示光标所在点的电流密度(A/m2).除了从图形上直观的看到电压和电流的分布，点击菜单Results‐DC Solution‐Element Data，可以在如下窗口中得到详细的电压电流分布参数：打开ANSYS ICEpak.13,选择new新建一个工程。21IDF Import22导入事先提供的.bdf文件。这个文件可以从第三方的PCB Layout输出得到。23如果本机安装有最新版本的Cadence PCB或封装设计工具，可以直接导入Cadence 格式(.brdand .mcm)，而不必选择IDF文件。24模型导入，导入发热器件25按照默认设置next，直至finish26Icepak导入PCB的结果27导入导体布线导入导体布线器件和布局已在导入IDF时完成；PCB的散热与板上金属导体分布有关，因此需要导入布线信息，导入.bool文件。如果能够在上一步直接导入.brd文件，这一步可以省略。步可以省略。.bool文件是Icepak导入.brd时声称的中间文件，这里仅仅为了在没有candence工具时，协助完成整个流程.如果使用其他PCB设计工具，也可以导入使用AnsoftLinks导出其他任意PCB工具得到的anfAnsoft_Links导出其他任意PCB工具得到的.anf文件,有关AnsoftLinks支持的PCB格式，请参见层叠中为“mil” 单位30导入整个布线后的版图31从SIWave导入焦耳热分布，确保所有文件“All files”被打开, SIwave生成的“.out” 文件32生成Assemblies33重复其它层:从SIWave导入焦耳热分布，包括VCC,GND 和Surface34在导入三层的热分布后，浏览35在导入三层的热分布后，浏览一下导入的热源。Model‐Power and temperature import，然后…36输入器件的功耗。这里可以一个个输入，也可以编辑一个文件导入。37器件热耗导入38模型设置：展开cabinet，设置PCB周围空气流动区域大小。单位：meterStart/end: xS:‐0.125  xE:0.125yS:‐0.1105 yE:0.06zS:‐0.025  zE:0.02539定义气流边界：1，选择cabinet2, 编辑cabinet3，定义气流的极限值40定义气流的极限值：X轴方向1m/s41生成assembly：1，选择所有的器件和电源层2，Y轴侧视图，按住shift选择box3，鼠标右键‐create Assembly42如图设置非均匀网格参数。有数含请高教有关这些参数的详细含义，请参见ICEpak高级教程。43生成网格，按照默认设置。44生成网格45求解器设置：双精度设置46开始仿真47结果后处理：PCB板温度信息。在在non‐confirmal选择Board_outline1，右键createobject face‐separate。48截面风速信息：如图选择plan cut, 设置Y方向截面，生成风速信息。49如何评估Siwave引入的焦耳热对温度的影响?单使能焦在模中中可以简单的不使能导入的焦耳热源：在模型中shift复选中top,VCC和GND平面，右键‐Deactive。50这里是器件和PCB板热合并一起的温度和风速。51只有器件散热的温度和风速。52仅有PCB板散热的温度5354