PDN仿真,你的项目通过了吗?

   PDN是Power Delivery Network(电源分配网络）的简称，一个项目在走线过程中，需要对电源进行PDN仿真，软件会模拟将电源功率从电源输送给负载的实体路径，电流通过PDN从电源端流向负载端，再通过PDN，从负载端流回电源端，如果电源太细或GND不够，PDN仿真将会显示出来结果。如果PDN仿真不通过，就匆匆发板，就会造成不开机、死机或电源烧毁的一些重大问题。

   最近一个项目做PDN仿真，其Pass的过程非常曲折，根据小伙伴们的更改方向，整理下和大家一起分享。

   这是去年8月17号第一次仿真的结果，繁星丛中多点红，EDA工程师最怕的就是见红，红色就代表仿真失败，大概有50%左右的数据都是红色，ZPK1和ZPK2很多电源都没通过。   

2020年8月17号PDN仿真结果

         小伙伴们都是EDA界10多年战场驰骋的老手，对自己处理的板子电源过PDN仿真有充分的信心，见到这个结果也是头痛了一阵子。

   以前处理的项目过PDN根本没啥问题，基本1、2版就可以通过了，这次出现这么多问题，反而有点莫名的兴奋，激发了工程师们对技术的探索，小伙伴们聚在一起，对照报告检查电源，“这里电源的bypass电容被短路了”、“咦，E8 pin这里怎么没有bypass电容？”、“这里电源还可以，地不行，要多加孔”、“这里电源怎么是一个loop?”每发现一处问题，就发出来开心一下。

        在凌晨6点40左右，终于改的都满意，大家都挑不出什么问题了，就发给高通做第二次仿真，下午3点左右，仿真结果出来了，结果如下图。

2020年8月21号PDN仿真结果

        看到这个结果，大家有点失望，难道是更改的方向不对？询问高通的工程师，人家说单面摆件，bypass电容离CPU Pin太远，这个仿真很难过，给出了一个摆件的说明，bypass电容被要求放在BGA ball的背面。

高通推荐的背面放置方式

        但结构不允许另外一面放置器件，这个似乎是无解的，经过和结构工程师沟通，结构做出妥协，同意可以CPU背面放0402高度以下的器件，高通工程师也给出了bypass电容容值加大到1uF,可以压制ZPK1和ZPK2的峰值的建议，但对DCR是无效的。

  电源不通过，高通给出的方式一般就是加粗电源或多加Bypass电容，如下图所示。

高通给出的改善建议

  由于接下来的22号和23号是星期天，高通不接受仿真需求，仿真没有Pass,小伙伴们周末也过的不安心，于是都自觉周末过来更改PCB资料，在24号的早上8点前，发出资料给高通进行仿真。下午4点左右结果出来了（如下图所示）。

2020年8月24号PDN仿真结果

   这个结果终于让小伙伴们松了口气，但又发现了一个有趣的问题，VDD_P1在上次的报告中是OK，这次却出现问题，另外在左下角3路电源的DCR也变红了，这个咨询了高通，高通工程师认为是PCB转版本导致的掉孔，但VDD_P1为什么会出问题，他们也找不出来原因。

    对比了两个PCB，发现后期更改的VDD_P1电源、地线和Bypass电容这几个方面都优于之前的版本，按道理应该是电源效果更好的，高通的仿真，一个Case仿真6次数以上，一般就要收费了，为了不浪费免费资源，张工带领大家自己摸索做仿真，结果仿真的效果和高通的一致，VDD_P1电源仍旧是Fail的。

  到底是哪里出了问题？小伙伴们开始看微信群中更改记录，发现两次最大不同的地方，就是更改了埋孔的孔径，把孔径从0.25mm更改0.2mm，这样做的目的是为了更好的增大布线空间，会不会是这个原因造成的呢？毕竟孔大了对电源通流效果更好些，但这么小的差距会影响这么大吗？

   一切更改完成后，使用Sigrity软件单独对VDD_P1这个电源做了下仿真，电脑的配置不好，跑一根线的仿真，用了将近两个小时才结束，怪不得高通的PDN仿真要搭建服务器来完成。我们的仿真结果如下图所示。

单独对VDD_P1进行仿真

   仿真结果竟然通过了，这也验证了是改孔径造成的，高速环境下，孔径缩小0.05mm的蝴蝶效应竟然会导致电源仿真的失败。

   然后重新发给高通进行仿真，仿真结果显示所有电源均Pass，右下角掉孔的地方也好了，说明转版本也会出现PDN仿真失败的问题，因为我们设计使用的软件版本是VX.0的，而客户使用的是9.5的，每次转版本的错误叠加可能就会出现掉孔问题。

2020年8月25号PDN仿真结果

   至此,经过小伙伴们一周的努力，终于成功解决PDN仿真问题，通过此次经历，也提高了我们自身的仿真能力和解决DDR、PDN仿真问题的能力。

  根据此次通过PDN的经历，总结为以下经验：

  1、PCB高低版本转换的次数尽量少，最好用同一个版本，原理图不存在这个问题，有的低版本的软件亦可以打开高版本的原理图文件；

  2、Bypass电容尽量放电源Pin的背面，这样距离短，不容易被旁路，回路也短；

  4、孔径越大越容易过PDN仿真。

小易新书推荐：

书籍名称：Cadence高速电路设计-基于手机高阶板的案例分析与实现

 ISBN编号：9787302565338

        作者 ： 李卫国、张彬、林超文

         开本：16 开

      出版社： 清华大学出版社

  上架指导：电路设计/Cadence

                                                    摘 要

      本书主要讲解了使用Cadence Allegro16.6软件设计高阶手机线路板的过程，叙述的知识点都比较基础，适合稍有电子理论知识的读者阅读，读者阅读本书，可以对我们经常用到的手机，从研发的角度去重新认识下。

       手机看似一个简单的移动设备，实际上需要很多公司配合设计、生产，设计上分为硬件(HW)设计、软件（SW）设计、外形(MD)设计、人机界面(UI)设计，每个环节都是一家或多家公司独立设计，最后集成商会把这些设计集成在一起，组成一部手机，目前国内大型的手机公司，例如华为、ViVo、小米都是有自己的设计和生产测试团队。

       为了提高学习的实用性效率，本书编写是按照一个EDA工程师具体的工作流程来安排章节的，避免了像一些教材中的菜单式式讲解，依据一个项目需要，EDA设计需要用到哪个功能，就讲解哪个功能，就像师傅带徒弟一样。EDA设计属于设计软件应用行业，建库、摆件、走线和做资料等每个环节，都有时间限制，不会有太多的时间来做EDA软件的研究开发的工作。

本书为基础开发学习，注重讲述硬件架构和设计，弱化软件的使用，开发基础篇包括了以下的章节：

        第1章 概述

       介绍了手机的基本组成和机构，和手机中各种常用硬件模块、传感器、结构组件，熟悉下常用的手机设计中的英文术语。

认识下手机中常用的各种传感器，了解各种传感器的作用。介绍SIM卡座、SD卡座、侧键、键盘等的各种形态外形。

        第2章 手机平台发展和EDA介绍

       手机从模拟信号到4G的发展过程，了解一些通信术语，介绍主要的国内外手机芯片厂商。

       介绍线路板和EDA的基础知识，让读者对线路板和EDA所做的工作有一个大致的了解，EDA软件种类介绍，使读者更快接触到实践学习中来。

       第3章 ORCAD使用介绍

       介绍了ORCAD的使用方法，包括元件库管理、原理图建Part、原理图编辑和工程文件管理、输出方法。原理图是硬件工程师负责设计的，EDA工程师一般只会接触到PDF格式的原理图，原理图操作不会参与，EDA工程师可以做知识延伸性学习。

        第4章 Allegro16.6使用介绍

       本章是本书的重点，介绍了Allegro的使用方法，包括元件库管理、Padstack建立和新建各种 Package的方法；接着讲述了PCB的详细操作、各种Rule的设置和走线操作；

        第5章 射频部分介绍

        介绍了5大系统中最重要和庞大的射频系统，了解射频的组成和走线规则，随着进入5G发展时代，射频的规模也会更加庞大。

       第6章 电源部分介绍

       介绍了手机系统中电源树、电源分布、走线和通孔的通流能力和走线的3种方式，手机板尺寸限制，电源走线在有些地方需要折中处理，一个好的电源系统对手机系统运行是一个基础的保障。

       第7章 音频部分介绍

      介绍了手机系统中常用的MIC、Speaker、Recevier、Audio Jack和Audio PA电路，随着人们对手机音频系统要求的提高，音频在手机中占据的地位也越来越高了。

       第8章 时钟介绍

       介绍了手机系统中常用实时时钟和逻辑电路主时钟两大时钟系统，手机中这两个时钟电路占据的空间最小，走线也最少，却在手机电路系统中是最重要的。

      第9章 MIPI介绍

      介绍了手机MIPI系统中的作用和常用的驱动设备和手机中MIPI接口的分配，前摄、副摄、后摄和LCD的连接方法。

       第10章 实战操作-高通SDM439

      介绍了高通SDM439平台的5大系统的硬件模块的原理图部分、PCB摆件和走线，以及信号层的规划、走线优先级和走线优化。

        第11章 整理资料

      介绍了EDA工程师整理资料的能力，如何制作设计文件、制板文件和生产文件，以及制板文件和生产文件的作用和包含的文件信息。

       第12章 生产问题处理

       介绍了EDA工程师所需要的沟通能力和解决问题的能力，如何进行工程确认文件的反馈，试产报告问题的分析和解决方法。

       第13章 信号完整性仿真和电源完整性仿真

      介绍了信号完整性仿真和电源完整性仿真的概念和如何提交、分析仿真报告，以及EDA工程师如何根据仿真报告来调整走线。

3位作者合影（拍摄于2019年5月7日-上海松江）

      本书由上海易元互连工作室和深圳EDA设计智汇馆的小伙伴们历时1年时间集体编写而成，感谢小伙伴们的努力付出，上海易元互连工作室长期从事手机高密板的培训工作，鉴于市场上缺乏可用的培训教材， 于是将平时培训的资料汇集起来出版，EDA设计智汇馆创始人林超文先生在章节的规划和后期的修改中提供了大量的指导工作；由于是首次写书，字体和图片格式经验缺乏，感谢清华大学出版社的赵佳霓老师，在编写的过程中给了我们专业的写作指导，使本书能顺利出版。

由于我们是专业做技术的团队，书写表达能力比较缺乏，一些通过实践面对面演示的简单操作，要用语言描述和贴图片，简单易懂的让读者清晰明白。后期我们会在抖音平台（抖音号：上海卫红实业有限公司）中规划一些小视频来配合大家学习。虽然我们根据广大EDA同仁提供的建议进行了多次的修改，但必然还存在不少的缺点和错误，殷切期望各方面的读者能给予批评和指正。

    

编 者

2020年 6月18日