专利名称：电源分配系统的仿真方法及目标阻抗的获取方法
技术领域：
本发明涉及电源分配系统设计领域，特别涉及一种电源分配系统目标阻抗的获取方法、电源分配系统的仿真方法、以及电源分配系统的协同仿真方法。
背景技术：
随着电子技术的飞速发展，IC(集成电路)向着更高功耗、更低电压和更高集成度的趋势发展，PCB(印刷电路板)设计的复杂度在逐步地提高，电子系统正朝着高速方向发展。当高速开关器件数目不断增加、电源电压逐渐降低的时候，电源电压和地电位的波动会给高速系统带来致命的影响。因此，电源完整性(PI,Power Integrity)的设计已经成为整个高速系统设计的重点和瓶颈。
电源分配系统(PDS,Power Distribution System)的作用是为整个PCB板上所有的IC提供足够的电源，IC不但需要有足够的功率消耗，对电源的平稳性也有一定的要求， 大部分的IC对电源波动的范围都有一定的要求，也即每一个IC都具有一个正常工作的电压范围，具体可以参见IC的手册。造成电源波动的主要因素有两个方面一是器件高速开关状态下，瞬态的交变电流过大；二是电流回路上存在的电感。从表现形式上来看可以分为三类同步开关噪声(SSN，也称为ΛΙ噪声)、地弹噪声、电源噪声，非理想电源阻抗影响，谐振及边缘效应。
电源噪声引起的电压波动尤为显著，由于地引线和平面存在寄生电感，在开关电流的作用下，会造成一定的电压波动，也就是说IC的参考地已经不再保持零电平。举例来说，在驱动端，本来要发送的低电平会出现相应的噪声波形，相位和电源噪声相同，而对于开关信号波形来说，会因为电源噪声的影响导致信号的下降沿变缓；在接收端，信号的波形同样会受到电源噪声的干扰，只不过这时的干扰波形和电源噪声相位相反；另外，对于存储性的IC而言，还可能由于电源噪声的影响而导致数据的意外翻转。故，设计合理的电源分配系统，以尽可能地减小电源噪声尤为重要。
电源分配系统一般包括电压调节模块(VRM, Voltage Regulator Modules)、去率禹电容(decoupling capacitors)及电源 / 地平面(power/ground planes)。电源分配系统按位置和速度通常划分为PCB电源分配系统、封装电源分配系统、芯片内半导体的电源分配系统。就目前而言，为了使得每个IC获得正常的电源供应，通常采用目标阻抗法来对电源分配系统进行设计，所谓目标阻抗法是指电源分配系统应设计为从IC看进去的输入阻抗在关注的频率范围内小于目标阻抗，以使得电源噪声控制在系统的噪声容限范围内，频率范围一般由信号的上升沿决定fmax = 0. 5/Tr(Tr为信号上升时间)。通过目标阻抗法对电源分配系统的阻抗进行合理的控制，可以使得在关注的频率范围内的阻抗低于目标阻抗，最终保证了每个IC时钟都能获得正常的电源供应。
关于电源分配系统的相关技术还可以参见公开号为CN101071449、发明名称为“基于IC-封装-PCB协同设计的PI解决方法”的中国专利申请，其通过建立适 合于VLSI的Pl 分析的电路模型；分析并提取电路模型所对应的寄生参数；确定PI设计中的设计指标；利用EDA工具和自有算法模型进行精确仿真计算；考虑电源完整性的前提下，根据PI设计指 标和仿真结果，快速确定合适的电源地IO数目；进而解决了超大规模集成电路中的电源完 整性问题。
发明人经过研究发现，通过现有技术仿真获得的电源分配系统，其目标阻抗较小， 导致需要设计过多的去耦电容，因而造成了整个电源分配系统的过设计，增加了电源分配 系统的成本。发明内容
本发明解决的问题是提供一种电源分配系统目标阻抗的获取方法，通过该法获得 的电源分配系统的目标阻抗准确。
为解决上述问题，本发明提供一种电源分配系统目标阻抗的获取方法，包括
基于负载芯片的电学特性，获取电源分配系统对所述负载芯片的时域翻转电流；
将所述时域翻转电流转换为频域翻转电流；
获得与所述频域翻转电流对应的所述电源分配系统的目标阻抗。
可选的，所述基于负载芯片的电学特性，获取电源分配系统的时域翻转电流包括 建立包含所述负载芯片的I/o 口模型的仿真电路，向所述仿真电路输入激励信号，获取电 源分配系统的时域翻转电流。
可选的，所述负载芯片的I/O 口模型为包含驱动器及接收器的晶体管级接口电路 模型。
可选的，所述将所述时域翻转电流转换为频域翻转电流通过傅里叶变换实现。
可选的，所述获得与所述频域翻转电流对应的所述电源分配系统的目标阻抗通过 如下公式获得_ {Power _ Supply _ Voltage )x {Allowed _Ripple)0017 Target _F Current
其中ZTmget为目标阻抗，Power_Supply_Voltage为负载芯片的供电电压， Allowed_Ripple为电源噪声容限，F_Current为频域翻转电流。
为解决上述问题，本发明还提供一种电源分配系统的仿真方法，包括
采用上述的目标阻抗的获取方法获取所述目标阻抗；
设计所述电源分配系统的仿真模型，所述仿真模型中，去耦电容的数量与所述目 标阻抗相匹配。
可选的，采用下述步骤，获取去耦电容的数量
基于所述电源分配系统的目标阻抗和去耦电容的寄生电阻获取不同频段的去耦 电容的数量M ;
基于所述电源分配系统的目标阻抗、去耦电容的寄生电感和不同频段的最高频率 获取不同频段的去耦电容的数量N ；
确定所述各个频段的去稱电容的数量为max(M, N),其中max代表取最大值。
可选的，所述电源分配系统为PCB电源分配系统和封装电源分配系统。
为解决上述问题，本发明还提供一种电源分配系统的协同仿真方法，包括
采用上述的电源分配系统的仿真方法获得电源分配系统的仿真模型；
对所述电源分配系统的仿真模型与负载芯片内半导体的电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真。
可选的，所述对所述电源分配系统的仿真模型与负载芯片内的半导体电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真包括
基于所述电源分配系统的仿真模型的谐振频点以及芯片翻转码型，对所述电源分配系统的仿真模型与负载芯片内半导体的电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点
通过频域翻转电流获得电源分配系统的目标阻抗，由于没有直接采用时域翻转电流来获取电源分配系统的目标阻抗，故获得的目标阻抗比通过时域翻转电流获得的电源分配系统的目标阻抗准确，且通过频域翻转电流获得的目标阻抗比通过时域翻转电流获得的目标阻抗大，故，防止了对电源分配系统的去耦电容的过设计，进而减小了电源分配系统的成本。
通过建立包含驱动器和接收器的晶体管级接口电路模型来模拟负载芯片的IO接口，获得了精确的时域翻转电流，通过对时域翻转电流进行频域转换获得了精确的频域翻转电流，进而得到了更准确的电源分配系统的目标阻抗。
图1是本发明实施例的电源分配系统目标阻抗获取方法的流程图2是DDR3接口电路模型的仿真电路；
图3是对图2所示的DDR3接口电路模型的仿真电路运行后获得的DDR3 —个I/O 口的瞬态电流的时域波形图4是对图2所示的DDR3接口电路模型的仿真电路运行后获得的DDR3 —个I/O 口的瞬态电流的频域波形图5是负载芯片DDR3的电源分配系统的阻抗曲线图。
具体实施方式
现代集成电路工艺已进入深亚微米阶段，数字信号的上升/下降时间普遍为亚纳秒量级，这使高速数字系统的设计面临巨大挑战。在高速PCB中，由于电源分配系统存在阻抗，在Λ I噪声电流和瞬态负载电流通过的时候，就会产生Λ I噪声电压，进而造成电源电压的波动。电源分配系统为了给负载芯片提供稳定的电源，关键是要控制电源分配系统的目标阻抗，一般来讲芯片对电源电压波动的范围是有一定要求的，为了满足芯片对电源电压波动范围的要求，通常采用如下公式来获取电源分配系统的目标阻抗
权利要求
1.一种电源分配系统目标阻抗的获取方法，其特征在于，包括 基于负载芯片的电学特性，获取电源分配系统对所述负载芯片的时域翻转电流； 将所述时域翻转电流转换为频域翻转电流； 获得与所述频域翻转电流对应的所述电源分配系统的目标阻杭。
2.如权利要求1所述的电源分配系统目标阻抗的获取方法，其特征在于，所述基于负载芯片的电学特性，获取电源分配系统的时域翻转电流包括建立包含所述负载芯片的I/Oロ模型的仿真电路，向所述仿真电路输入激励信号，获取电源分配系统的时域翻转电流。
3.如权利要求2所述的电源分配系统目标阻抗的获取方法，其特征在于，所述负载芯片的I/O ロ模型为包含驱动器及接收器的晶体管级接ロ电路模型。
4.如权利要求1所述的电源分配系统目标阻抗的获取方法，其特征在于，所述将所述时域翻转电流转换为频域翻转电流通过傅里叶变换实现。
5.如权利要求1所述的电源分配系统目标阻抗的获取方法，其特征在于，所述获得与所述频域翻转电流对应的所述电源分配系统的目标阻抗通过如下公式获得
6.一种电源分配系统的仿真方法，其特征在于，包括 采用权利要求1 5任一项所述的目标阻抗的获取方法获取所述目标阻抗； 设计所述电源分配系统的仿真模型，所述仿真模型中，去耦电容的数量与所述目标阻抗相匹配。
7.如权利要求6所述的电源分配系统的仿真方法，其特征在于，采用下述步骤，获取去耦电容的数量 基于所述电源分配系统的目标阻抗和去耦电容的寄生电阻获取不同频段的去耦电容的数量M ； 基于所述电源分配系统的目标阻抗、去耦电容的寄生电感和不同频段的最高频率获取不同频段的去耦电容的数量N ; 确定所述各个频段的去耦电容的数量为max(M，N)，其中max代表取最大值。
8.如权利要求6或7所述的电源分配系统的仿真方法，其特征在于，所述电源分配系统为PCB电源分配系统和封装电源分配系统。
9.一种电源分配系统的协同仿真方法，其特征在于，包括 采用权利要求6 8中任一项所述的电源分配系统的仿真方法获得电源分配系统的仿真模型； 对所述电源分配系统的仿真模型与负载芯片内半导体的电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真。
10.如权利要求9所述的电源分配系统的协同仿真方法，其特征在于，所述对所述电源分配系统的仿真模型与负载芯片内的半导体电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真包括 基于所述电源分配系统的仿真模型的谐振频点以及芯片翻转码型，对所述电源分配系统的 仿真模型与负载芯片内半导体的电源分配系统的仿真模型之间进行协同仿真。
全文摘要
一种电源分配系统目标阻抗的获取方法、电源分配系统的仿真方法以及电源分配系统的协同仿真方法。所述电源分配系统目标阻抗的获取方法包括基于负载芯片的电学特性，获取电源分配系统对所述负载芯片的时域翻转电流；将所述时域翻转电流转换为频域翻转电流；获得与所述频域翻转电流对应的所述电源分配系统的目标阻抗。本发明的技术方案，得到了电源分配系统的准确的目标阻抗，防止了对电源分配系统的去耦电容的过设计，减小了电源分配系统的成本。
文档编号G06F17/50GK103049586SQ201110309029
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者高剑刚, 贾福桢, 胡晋, 金利峰, 刘耀, 李川, 王彦辉 申请人:无锡江南计算技术研究所