Power Analyzer by Keysight

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为了提供满足当前需求的高性能产品,工程师必须评估其设计,以在设计阶段检测并解决任何潜在的信号完整性(SI)和电源完整性(PI)问题。

Power Integrity分析,亦被称为Power Delivery Network(PDN)分析,可在直流和交流域中进行。Altium Designer支持使用Keysight Technologies推出的Power Analyzer by Keysight对供电网络进行直流分析。

工程师可通过直流电源完整性分析,解决关键设计问题,包括:

  • 识别并解决直流电压和电流密度问题
  • 计算多网络和返回路径交互情况
  • 在PCB编辑器中,将电压和电流密度分布情况可视化并识别热点
  • 检查电路板上任何位置的电压、电流密度和过孔电流
  • 生成分析仿真结果的HTML报告

Power Analyzer不是依靠简单的横截面积计算来确定电源网络的载流能力,而是首先对铜层结构进行精确建模,然后计算PCB上的供电电压和电流。工程师可以根据以可视化和表格形式反馈的结果,快速调整线宽、铜层厚度和过孔属性,以确保其实现设计所需的直流供电完整性。

为了在Altium中进行Power Integrity分析,工程师首先需要创建整个供电系统的分层式网络,以识别每个电源和返回网络、源和负载,以及电源网络每个部分中存在的任何串联要素。Power Analyzer可以在定义网络和配置设置后,检查整个网络。

Power Analyzer by Keysight扩展支持在Altium Designer 22.10及后续版本中使用。

Power Network配置

Power Analyzer将检查能量在电源网络铜层路径中的流动情况。通过识别和配置网络、源、任何串联元件和负载等各种网络元素,对电源网络进行定义。配置电源网络:

将Analysis文档添加到Project中

通过Power Analyzer by Keysight文档(<ProjectName>.pdnaK),对Analysis进行配置和运行。

配置电路板属性

Power Analyzer需要了解电路板的允许电流密度、铜层类型、工作温度等物理属性。请确认分析器文档Configuration部分中定义的默认值适合您的设计。

电源网络自动识别

Power Analyzer可以尝试自动识别电源网络。为此,其需要了解如何识别稳压器、连接器和串联元件等电路要素。除了使用元件位号标识符前缀等线索外,您还可以向某些元件添加参数,以增强自动检测过程。了解有关Configuring the Auto-Define Settings的更多信息。

选择电源网络

单击Button - Define Automatically以自动识别电源网络,或者单击Button - Manage Nets以手动选定电源网络。了解有关定义Power Nets的更多信息。

扩展网络

如果电源网络通过了保险丝等串联元件,请扩展网络并对串联元件和链式网络进行识别。了解有关扩展网络的更多信息。

识别和配置源

每个电源网络均始于某个Source源,例如连接器。在Add Source对话框中启用源,然后单击齿轮图标以对该源进行配置。了解有关识别和配置Source源的更多信息。

识别负载

从主要耗电装置开始,包括Voltage Regulator Module(VRM)。了解有关识别负载的更多信息。

配置负载和VRM

单击齿轮图标以打开负载属性对话框,并对每个负载进行配置。当作为Voltage Regulator Module (VRM)对器件进行配置时,将以该VRM为源,在层次结构中自动创建一个子电源网络。

识别子电源网络中的负载

确保每个电源网络中均包含主要负载元件。

确认电源网络

单击Button - Show in Tree按钮以确认电源网络已做好测试准备。

分析就绪

检查Tree,以目视确认每个电源网络均已完成。要从一个电源网络移动到另一个电源网络,请单击Power Analyzer by Keysight链接以返回电源网络文档,然后针对每个电源网络选定Tree。完成此操作后,即可对电源网络进行分析。


Power Network分析

完成Power Network的定义后,即可对整个电路板中的直流配电情况进行分析。

分析Copper Structures

根据Configuration设置,单击Button - Analyze All Nets该按钮,对电路板中存在的铜层结构进行分析和仿真,以确定电流和压降。

在PCB上显示

Voltage Drop、Current Density和Max Via Current分析结果的总结将作为*.pdnaK文档中Power Net Definition的一部分进行显示(上图以浅蓝色高亮显示)。单击Button - Show on PCB以浏览电流密度和电压降热图。彩色热图视图将在PCB编辑器中打开,而Power Analyzer by Keysight面板也将打开,您可以在其中配置热图、浏览任何违规冲突以及放置测量探针。了解有关Running an Analysis的更多信息。

检查热图

计算电流和电压降将以热图的形式,直接显示在PCB编辑器中。使用PCB编辑器Layer选项卡检查每层上的热图,使用标准快捷键2和3在二维与三维PCB视图模式之间进行切换,然后单击Power Analyzer by Keysight面板中的Show Heatmap按钮,以在电源分析Heatmaps与标准PCB显示模式之间进行切换。

浏览分析结果

可以在PCB编辑器中,通过Power Analyzer by Keysight面板,对当前正在检查的电源网络分析结果进行控制。在面板顶部,选定想要显示其Heatmap的电源网络/网络。请注意,如果设计中存在违规,则将默认在下拉列表中包括Only nets with violations,清除该选项以将所有电源网络均纳入列表。了解有关Power Analyzer by Keysight Panel的更多信息。

在电流密度与电压降之间进行切换

Heatmap将显示通过铜层的电流密度或铜层两端的电压降,请使用面板Heatmap选项卡顶部的按钮选定所需模式。Heatmap刻度将显示在电路板下方,以在Zero到Max Current Density之间自动缩放电流,或者在(Voltage - VDrop)到Voltage之间自动缩放电压降。指示电流流动的方向箭头可以显示在Heatmap上,并且可以调整电流密度或电压降的刻度。了解有关配置和控制Heatmap显示的更多信息。 

浏览电压降

电流密度热点的位置可以通过其在热图上的颜色直接进行识别。由于其计算时,以位置差异为依据,因此了解电压降需要更深入的解读。要便于识别关键位置,请使用Enable Visual Slider for Voltage Contour选项以电压或百分比形式显示预定义的等值线。了解有关Heatmap for Voltage Drop的更多信息。

探测结果

为了直接从Heatmap进行测量,请放置探针Probe。放置一个单一Probe以显示该位置的绝对电流或电压,或者单击第二个位置以测量两个探针点之间的差异。测量类型(V或I)将由当前Heatmap模式(电流密度或电压降)决定。请注意,探测通孔中心点时,将始终显示电流密度。了解有关Probes的更多信息。

检查接地网络结果

Ground网络将默认从Heatmap结果中排除。禁用*.pdnaK文档Configuration部分中的Skip Ground复选框,以将其包括在内,然后在Power Analysis by Keysight面板顶部的Network/Net下拉列表中选定GND网络。请注意,尽管Heatmap支持信号层上的多边形铺铜结构,但无法模拟电源层的行为。了解有关Configuration选项的更多信息。


结果解读和报告

Power Analyzer将在PCB编辑器中直接提供详细的反馈信息。可通过Power Analyzer by Keysight面板,快速调查违规情况,放置测量探头,并将热图输入为图像。为了访问关于电路板直流电源分析的详细信息,可以生成报告。您可以在pdnaK文档中将详细报告打开后,从此处将首选部分保存到HTML报告文件中。该报告既可以针对单个电源网络,亦可以针对整个电源网络。

Javascript
使用交互式图形结果

您可以通过交互式Power Analyzer by Keysight面板,快速识别和检查违规情况。

生成报告

要生成详细报告,请单击Power Analyzer by Keysight文档(<ProjectName>.pdnaK)中的按钮Button - Analyze All Nets。或者,可以通过单击相应的按钮生成任何单个网络的报告。

详细网络报告 - 参数

Full Report列出了所有已分析的电源网络;单击网络名称以打开该网络的详细报告。网络报告的左侧将列出:

  • 电源网络的名称(如果已扩展,则还将列出所有子网络的名称),以及整体Pass / Fail状态。
  • 计算参数: Vdrop, Idensity 和 Ivia_max。
  • 如果任何计算出的参数Parameters显示Warning(橙色线)或Error(红线),则有关解决这些警告/错误的建议将显示在Parameters下方。
详细网络报告 - 结果

报告的右侧包括以下各项的可折叠部分:

  • 全局设置 - 电路板的允许电流密度、铜层类型、工作温度等物理属性。这些属性将在pdnaK文档中进行配置。
  • 设计堆栈 - 在PCB Layer Stack Manager中定义的组成电路板的物理层排列方式。
  • 电流密度热图 - 显示该网络中电流在整个电路板中每个铜层内的分布情况。电流密度将通过颜色表示;电流密度越大,颜色越深。
  • 电压降热图 - 显示在电路板中每个铜层内该网络上存在的电压范围。电压越高,颜色越深(或者,电压降越大,颜色越浅)。
  • 系统级电源网络结果 - 所有电源网络中配置的所有器件的树形菜单,其将高亮显示所选电源网络中的器件。
  • 网络详细信息 - 该网络分析结果的详细报告,我们将在下一张幻灯片中对此进行详细介绍。
详细网络报告 - 网络详细信息

我们可以通过Network Details部分,快速识别设计中的潜在问题。本部分将列出:

  • 电源网络成员 - 所选电源网络中Sources和Loads的图形表示,详见pdnaK文档。
  • 功耗 - 所选电源网络消耗的功率。
  • 最小裕量 - 裕量是指允许电流与计算电流之间的差值,表示有多少电流承载能力(裕量)可用。Least Margin用于识别具有最小裕量的位置(或负面结果的最大故障)。使用Least Margin结果,可快速识别Non-Via Current Density和Via Current的最坏情况结果,并以Absolute值(允许电流 - 计算电流)和Percentage((允许电流 - 计算电流)/允许电流*100)表示。零或负值表示Fail。
  • 违规列表 - 电路板上存在的每种类型的违规数量。
  • 故障过孔摘要 - 电流或电流密度结果返回的Margin为零或更小的过孔和通孔元件焊盘列表。可以通过单击列标题对结果进行排序;再次单击以沿另一个方向排序,单击时按住Shift可对其他列进行子排序。
保存报告

为了创建分析的HTML报告,请单击该按钮。在Save Report Settings对话框中,配置想要包含的所需电源Networks和Data,然后单击按钮,以将报告另存为一组HTML文件。报告将在项目文件夹\PowerAnalyzerByKeysight_Output\HTMLReport\<ProjectName> [PDNA]_<Date>_<Time>下带有日期和时间戳的文件夹中创建。找到并打开文件Report.html,可以在默认浏览器中对报告进行检查。

 

包括探测结果和图像输入

通过Power Analyzer by Keysight面板中的按钮输入的图像,以及使用该按钮保存的任何Probe结果图像,均会自动包含在HTML报告Network Details部分的末尾处。


播放列表——如何使用Power Analyzer by Keysight

学习如何使用新的设计软件需要时间。如果您最擅长通过观看视频进行学习,那么不妨查看此视频播放列表,其中演示了How to Work with Power Analyzer by Keysight的一些关键功能。

Power Analyzer playlist

 

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