介绍使用Sigrity PowerTree软件模块抽取PCB中电源“电源树”结构的过程

随着产品集成度的提高，PCB上各种型号芯片总功耗的增大，产品的电源供电设计变得越来越具挑战性，如何快速把一个产品复杂的电源连接关系清晰地用图形显示出来（以下称为“电源树”、“PowerTree”），然后在电源树上对数值进行输入并共享给相关软件调用将是产品硬件、PCB、PI仿真等人员非常感兴趣的话题。本文以一个数据加速卡产品的某个电源为例，介绍使用Sigrity PowerTree软件模块抽取PCB中电源“电源树”结构的过程，并对“电源树”中的元件赋上相应的电压、电流等参数后，最后在PowerDC仿真流程的对应模块中无缝导入这些数据，最终发现这种提取及应用电源树的方法非常便于模块重用、编辑、正确性检查及提高工作效率。

背景

PCB进行PI仿真分板时，有个必须的步骤是把不同电压给不同元件供电时的数据整理出来，把这些元件及其对应的电压、电流快速且准确地整理出来是一个耗时、耗力及需要耐心的工作。在获得非常规范的原理图原文件前提下，根据原理图的电源结构及元件信息整理出这些数据不会很难，但一线的工程师都明白：绝大多数情况下PCB/PI工程师拿不到原理图文件，只能在PCB文件或PDF格式原理图上下功夫，再从这些“一般都不规范”的原理图中整理出各电源与元件的连接关系及对应的电压与电流值。

在PI仿真过程中寻求一种新的工具快速整理出电源与元件的连接关系，或让最了解这方面的人提供这些数据是工程师们一直所追求的目标，这样不但会使数据更有保障还可以提高工作效率。本文将描述一个具有此功能的工具（PowerTree）在一个高速产品上进行电源结构（以下称：电源树）的提取过程，并共享出其中的方法、思路及视频。

电源树提取方法

日常PI仿真工作中，整理元件及不同电压下电流大小的方法时不同的公司在方法上会有差异，主要涉及到下面的几类工作与方法：

方法1：根据客户提供的材料，用手工画出相应的电源结构，如下图1所示。这个做法需要先了解PCB或原理图再在后期手工输出，后期画结构图会较耗时，且对梳理人员的各识技能有一定的门槛。

*数据来自《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例》第11章。

图1 手工绘制产品包含的电源结构示意图

方法2：使用EXCEL表格进行详细整理，算出涉及到的各个元件及功耗的信息，如下图2，这个过程也需要耗较长时间，数据需要与客户确认，是最常用的方法。

*数据来自《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例》第11章。

图2 手工整理数据并使用EXCEL显示方式

方法3：在PCB上通过“高亮”网络显示，这类显示较为直观，为大多现行PI工程师用来察看网络的连接情况时采用。

图3 PCB电源与相关元件连接的显示效果

本文提供的方法---使用PowerTree工具提取电源树

使用Sigrity提供的PowerTree模块，软件自动提取网络相连的全部元件且在新建的图中独立显示，如图4。与传统方式对比有“耳目一新”的感觉。

图4 使用PowerTree自动提取的整体效果

以上显示了主要IC及用于中间连通的电阻、电感、磁珠等元件，还可以把此电源相连的电容也全部显示出来，因为需要一个第三方网表即可生成这个图形，因而这些工作可以由原理图设计者对电容元件的模型、IC的电压/电流等数据先进行前期的赋值，并把赋值后的文件保存，便于后面PI仿真时直接导入。

图5 POWERTREE显示电容赋模型及IC赋上电流值后的效果

实例应用体验

对《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例》第11章的例子加入PowerTree的使用的内容后，发现PowerTree的解决的 “痛点”主要集中在如下的几个方面：

1. 把一个项目的主要电源连接结构通过图形化单独显示，非常直观方便编辑

2. 在PI仿真阶段前期，对应元件的工作电流及电源模型可以让原理图工程师在PowerTree上完成，后期在PI储中直接调入，从而节省时间及减少错误

3. 通过PowerTree还方便为有相似的电源应用的项目提供参考

4. PowerTree中的元件可以根据需要增减并可分发给不同部门检查

PowerTree与其它软件模块的数据关系图

PowerTree数据与周边的软件模块相互调用，对应的逻辑关系如图6

图6 POWER与其它模块的数据关系

PowerTree提取过程

这里介绍PowerTree调入第三方网表的使用方法。根据PCB DESIGN HOUSE日常的工作经验，很多情况下拿不到原理图原文件，第一方网表也不易获得，因而第三方网表最为适合。现在的EDA软件基本都可以输出PowerTree所需的第三方网表格式，因而PowerTree的使用可以应用到更多的EDA设计平台。

注：这里的方法基于《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例》中11章的内容，使用PowerTree提取从PCIE金手指（U2处供电）到各元件（U36、U41、U44、U51）的电源树结构。

注意点:链路中的N-ChannelMOSFET管（U39）需要设为直通类型及设置对应的导通电阻（通过查DATASHEET得到导通电阻0.014Ω）。

图7 MOS管在12V链路中的连接情形

PowerTree使用过程简单，主要步骤：。

a) 新建一个PowerTree

使用图8 New Power Tree界面中的Allegro layout netlist file第三方网表选项

图8 新建PowerTree界面及推荐选项

b) 后面只需根据软件提供的界面流程一步一步操作（在此省略中间的步骤，可以参考软件自带HELP文档，或在作者微信公众号: amo_eda365上看相应的使用视频），到图9中的步骤把PowerTree上编辑的数据（Vrm、Sink、分立元件值或模型）后另存为pwt结尾的文件导入到PowerDC中。

图9 PowerDC仿真考流程中PowerTree应用菜单

c)PowerDC中数据在Apply Power Tree按钮进行数据无缝导入前后的效果比较图。

图10 Apply Power Tree前各IC的SINK数据待填入

图11 Apply Power Tree后各IC的Sink对应数据已自动更新

可见这些PowerTree设置的数据可以在PowerDC仿真过程中被直接导入更新，这样就大大提高了工作效率并减少出错的机会。

结论

本文所用PowerTree工具导入第三方网表的方法适用性非常广，可使用其它EDA设计平台生成的第三方网表，并且把电源树的关系及相关的电压、电流值及赋模型工作在原理图阶段由不同的人完成。文章使用PowerTree功能模块在实际项目PI仿真验证发现PowerTree对于电源网络的直观性、易用性及效率提高方面都很出色。