W2359EP PIPro Power Integrity電磁界解析エレメント

PIProの重要な利点には以下のものがあります。

• 速度と確度の両立：PIProの電磁界解析ソルバはパワーインテグリティー(PI)アプリケーション用に特化され、一般的な電磁界解析ソフトウェアよりも高速で効率的な解析が可能です。
• ユーザビリティーを考慮したデザイン：PIProはAdvanced Design System(ADS)の共通グラフィカル・ユーザー・インタフェース(GUI)を共有し、PI解析専用に設計されています。 ネット・ドリブンの操作により、複雑なPCBでの電磁界シミュレーションを短時間でセットアップできます。 PIProの大容量ソルバーにより、一般的な電磁界解析ソフトウェアで必要なクッキーカット等によるレイアウト簡略化を行う必要がありません。また、電磁界ポートやソルバーの設定も大幅に自動化されます。
• シームレスに統合されたワークフロー：SIとPIの両方の解析に対応する共通の環境によって、あるタイプの解析から別のタイプの解析にセットアップを容易にコピーすることができます。 解析結果はシームレスに回路シミュレーションで利用することが可能で、トランジェントおよびチャネルシミュレータでさらに詳細な解析が実施できます。 このフローにより、異なるツールを切り替える必要がなくなり、効率的な設計を実現できます。

PIPro はDC IRドロップ解析、ACインピーダンス解析、電源やGNDプレーン共振解析などを含む電源分配回路(PDN)のパワーインテグリティー解析を提供します。PIProはAdvanced Design System(ADS)内で共通のセットアップおよび解析環境を活用します。

機能／性能リスト

• 電源、GNDプレーンの損失を含めたDC IRドロップ
• 多様な解析結果の表示（ピン、ビア、レイヤー、VRM、シンク毎の電圧、電流、電流密度）
• 異なるシミュレーション結果の比較が容易なデータ表示機能
• 電圧、電流密度、パワー損失、電界、磁界分布の視覚化
• 現在のセットアップの新しいセットアップタイプへのコピー機能（例：IRドロップ解析から電気－熱練成解析へ）
• 多様なデータを含む出力レポートフォーマット
• DC IRドロップの電気－熱練成解析
• 熱解析のみを行うモード
• 熱パラメータ生成用のウィザードツール
• PDN インピーダンスシミュレーション
• リアルタイムなPDNインピーダンスの更新（Decapモデルの変更に電磁界シミュレーションの再実行は不要）
• メッシュの最適化（少ないメッシュで効率的な解析ができるように最適化されたなメッシュアルゴリズム）
• Decap　(定数、ベンダー数、コストなど）を最適化
• 電源プレーン共振シミュレーション
• Pythonスクリプトインタフェース
• パワーツリーの結果表示
   

図1 パワーツリーの結果表示

PIPRO ワークフロー

PIProワークフローには、デザインのインポート、解析のセットアップ、シミュレーション、解析、回路シミュレーションのための自動スケマティック作成が含まれています。

デザインのインポート

PCBレイアウトのデザインはADSにODB++/.brd (Cadence Allegro)/ADFIフォーマットでインポートすることができます。ADSにインポートされたデザインは、SIPro/PIPro解析環境で3次元で表示／拡大／回転させることができます。

PIProの解析セットアップ

解析に含める電源(VRM)コンポーネント、シンクを選択します。AC解析では、デカップリングキャパシタ(Decap)に使用するコンポーネントモデルを指定します。

PIProシミュレーション

PIProでは以下の解析を実行できます。

DC IRドロップ解析

• 各シンクに供給される電圧、ユーザー定義の許容範囲に基づいたパス/フェール判定
• 各ビアを通る電流、ユーザー定義の最大値に基づいたパス/フェール判定
• 3次元電圧分布プロット 
• 3次元電流密度プロット 
• 3次元損失密度プロット
•  パワーツリー結果とレポート生成
   

DC IRドロップの電気－熱解析

• フルオート、統合型電気－熱－電気練成シミュレーション
• 既存のIRドロップセットアップを新しい電気－熱練成シミュレーションに容易にコピーが可能
• プレーン、ピン、ビアの温度リスト表示
• 熱による局所的な抵抗変化を考慮したDC IRドロップの結果表示
• ヒートシンクの大きさやエアーフローの増加などの強化による効果の確認
• 電源以外の熱源を追加した解析が可能なため熱フロアプランニングを行なうことが可能
   

図2. DC IRドロップの電気－熱解析 - 温度の視覚化

AC PDNインピーダンス解析

• PDNインピーダンス
• PDNのSパラメータモデル抽出
• 3次元磁界プロットと電流密度プロット
• Decapチューニング：電磁界シミュレーションを再実行することなく、Decap値の変更の影響をすばやく確認

Decapの最適化による部品の削除

多くのICのリファレンスデザインでは、最高の性能と信頼性を実現するためにPDNに配置する必要があるDecapのリストが提供されています。しかし、採用するPCBの制約（サイズやレイヤー数）を満たさないことがあります。多くの場合、ICの周辺や下には十分なスペースがなく、すべてのDecapを配置することができないので、レイアウトエンジニアは残りのコンポーネントを、開いているスペースに配置するしかありません。PIProのDecapの最適化では、基板上に配置できるすべてのDecapを考慮し、求められるターゲット・インピーダンス・プロファイルに適合する最適なソリューションを調査できます。

ユーザーは以下の項目に対して優先度を指定して、最適なソリューションを定義できます。

• Decapの数 
• 独自モデルの数 
• ベンダーの数 
• コスト
   

インテリジェントなアルゴリズムが実装され、かつDecapモデルの変更には、電磁界解析の再実行は不要なため、最適化は高速に行われます。最適化の結果は、ターゲットインピーダンスに適合する候補リストとして提供され、設定した優先度に応じてランク付けされます。ソリューション候補に対して、ユーザーはPDNのZインピーダンス対ターゲットインピーダンスを表示して、性能とコスト削減の最適なバランスを迅速に決定することができます。

図3. Decapの最適化の解析結果

電源プレーン共振解析

• PDNの自己共振周波数とQ値
• 3次元磁界プロット

SIPROおよびPIPRO製品の構成

SIProおよびPIProは個別のエレメントとしても、構成済みバンドルとしても購入できます。 

	W2223BP/BT ADSバンドル	W2224BP/BT ADSバンドル	W2359EP/ET PIProエレメント*	W2360EP/ET SIProエレメント*
ADSコア環境
ADSレイアウト
トランジェント・コンボリューション・シミュレーション
チャネルシミュレーション
コントロールド・インピーダンス・ライン・デザイナー
Momentum電磁界解析
PIPro電磁界解析
SIPro電磁界解析

* SIProおよびPIProエレメントを使用する場合、ADSコア環境とADSレイアウトが必要です。