如何使用ADS的SIPro和PIPro
编者注：本文主要介绍了使用ads仿真si、pi和ce的方案，并不是介绍如何使用ads的sipro和pipro。
是德科技的先进设计系统（advanced design system， ads）软件是一个完整的高速电路仿真设计平台，提供了完整的信号与电源完整性仿真解决方案。ads 的版图设计环境集成了全新的sipro/pipro仿真分析工具，可以帮助工程师快速高效地完成pcb 设计中信号与电源完整性的pcb布局分析和pcb后仿真。
sipro/pipro是内嵌于ads 版图设计环境中的功能模块，它包含独立的仿真界面及仿真器，可以对版图设计进行分析。目前， ads 版图支持多种不同格式的设计文件导入，如odb++， gerber， iff, egs，allegro brd 等。
sipro/pipro包含以下功能：
pi-dc ，用于直流电压降分析
pi-ac，用于pdn 阻抗分析
ppr（power plane resonance analysis），用于电源平面谐振分析
electro-thermal，用于电热联合仿真
thermal，热仿真分析
sipro（power-aware signal integrity analysis），用于与电源相关的信号完整性分析
cemi（conducted emi），用于pcb 电源传导仿真分析
阻抗快速扫描
下图为si/pipro的软件界面和仿真的基本流程。
sipro/pipro具有以下特点：
仿真速度快 ，比传统平面或3d 电磁场仿真器速度提高10倍以上。
仿真精度高，可以与3d有限元法有相似的仿真精度。
仿真流程简便，界面友好。
可以方便地生成ads 原理图， 进行电路分析。
可以仿真tabbed routing等非规则pcb结构。
便捷设置back drill过孔。
可以任意设置信号或者电源端以及相应的参考端。
有python的接口。可以非常方便地管理电容模型库。
1.pi-dc分析
由于过大的直流电压降，落在 ic 电源端的电压可能低于建议的最低电压。这可能导致ic的故障。过高的电流密度在过孔处会生成过多的热量，引起电路板裂开或烧化，导致故障。pi-dc可以计算直流条件下的电压、 电流、 ir drop (电压降)及电源供电网络的功率损耗密度等。pipro可以帮助工程师用户识别 芯片等器件的管脚和连接过孔等在直流工作条件下流过的电流密度，显示芯片管脚电压， 并给出设计裕量。仿真结果还可以自动生成报告。如下图所示为电压跌落的结果，包括了图形化的结果以及数据表格结果。
pipro输出的电源结果中还包括电源树等结果。如下图所示为多相电源300a电流电路pi irdrop的结果：
2.pi-ac分析
pi-ac分析用于提取电源分布网络（pdn）的交流阻抗特性，并且可以显示电流密度， 了解热点区域。提取的阻抗网络可以直接转化为ads 的原理图，与电压调节模块（vrm）模型和去耦电容进行优化。
pi-ac分析允许在仿真中添加元件模型，如去耦合电容模型。软件支持多种元件模型形式， 如理想集总元件， s 参数模型， 元器件厂家模型库，自定义电路模型等。用户可以一次为同一个元件定义多种模型， 可以方便地在多个模型间进行切换。
pi-ac分析可以一次分析任意多个指定的电源网络， 仅更换元件模型时不需要重复进行电磁仿真。便可获得新的结果。如下图所示为pdn 阻抗曲线。
在pipro中可以导入目标阻抗曲线，通过与设定的目标阻抗进行比较， 可以确定当前设计是否满足阻抗要求。
当设计阻抗不满足要求时， 需要进行阻抗优化。pipro本身自带自动优化仿真。
pipro可以自动生成仿真电路原理图， 用户可以在ads 原理图中优化或调谐元件模型， 选择合适的元件组合。
ads 提供了10余种优化方法， 可以实现去耦电容参数的快速搜索，实现最佳性能。通过分析去耦电容通过电流的大小， 可以剔除冗余电容， 降低设计成本。
3.电源平面谐振 (ppr) 分析
电源平面谐振分析可以计算配电网 络(pdn)的自谐振频率和相应的 q 值。它可以帮助你实现去耦电容和过孔的优化布置。电源平面谐振会干扰敏感的模拟电路，并生成过量的辐射。这可能导致设计不能满足 emc 规范。
4.电热联合仿真
电源完整性分析中还集成了电热仿真功能，能够实现电/ 热协同仿真。电源完整性仿真引擎(dc drop) 对电源网络进行仿真， 提供功率密度给热分析器，热分析器再根据器件功耗运行热分析，系统多次迭代上述过程，获取更新后的温度值直到仿真收敛。电热联合仿真温度显示分布图。
5.与电源相关的信号完整性分析（sipro）
在高速电路信号完整性设计中， 信号电流的最短回流不仅包含地平面， 有的还包含电源平面。如果在提取信号走线s参数时， 仅考虑参考地平面， 不考虑电源平面， 仿真的结果会有很大的误差。sipro使用独有的混合算法，可以快速提取信号走线（包含过孔）与地平面和电源平面的频域模型。这一频域模型可以直接转换成ads 的原理图， 用于电路仿真， 如时域瞬态（transient）仿真， 通道（channel） 仿真， ddr 总线仿真等。
与其他仿真技术相比， sipro具有以下特点：
可以考虑电源平面对回流路径的影响。
不需要对版图设计进行切割或简化， 保持了地平面和电源平面的完整。
基于fem 和平面电磁场技术的求解器，相比基于传输线等效电路的算法精度大大提高。
端口设置快速简便。
仿真速度快。
可以快速查看tdr/tdt及单端、混合模式的s 参数结果。
自动生成电路原理图。
同时仿真多路传输线的s参数，如下是选中的信号网络：
仿真后能快速的查看传输线的插入损耗、回波损耗及串扰，如下图所示：
下图所示为sipro中仿真后查看传输线的tdr /tdt结果：
layout工程师在设计的时候，总希望能快速地找到设计不规范或者不满足要求的点，尤其是对于一些对成本要求非常严苛的2layers高速板，总是会存在很多阻抗不连续点的设计。sipro中的rapid scan就能满足这种快速分析的要求。下图所示是在sipro中快速地查看传输线的阻抗情况：
6.传导仿真分析（cemi）
随着在电子产品中往往需要进行emc的检测分析，传导就是emc的一种。为了更好地发现、避免以及解决传导的问题。在pipro中可以利用cemi对电路进行传导的仿真分析。下图所示为ce的仿真结果。
仿真后，还可以生成testbench，在ads原理图中做进一步的电路分析，以找到解决问题的方法。
总之，使用sipro/pipro可以非常快捷方便地完成pcb的信号完整性、电源完整性和pcb传导的仿真以及提取传输线和电源系统参数模型的。
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sipro/pipro包含以下功能：
pi-dc ，用于直流电压降分析
pi-ac，用于pdn 阻抗分析
ppr（power plane resonance analysis），用于电源平面谐振分析
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仿真速度快 ，比传统平面或3d 电磁场仿真器速度提高10倍以上。
仿真精度高，可以与3d有限元法有相似的仿真精度。
仿真流程简便，界面友好。
可以方便地生成ads 原理图， 进行电路分析。
可以仿真tabbed routing等非规则pcb结构。
便捷设置back drill过孔。
可以任意设置信号或者电源端以及相应的参考端。
有python的接口。可以非常方便地管理电容模型库。
1.pi-dc分析
由于过大的直流电压降，落在 ic 电源端的电压可能低于建议的最低电压。这可能导致ic的故障。过高的电流密度在过孔处会生成过多的热量，引起电路板裂开或烧化，导致故障。pi-dc可以计算直流条件下的电压、 电流、 ir drop (电压降)及电源供电网络的功率损耗密度等。pipro可以帮助工程师用户识别 芯片等器件的管脚和连接过孔等在直流工作条件下流过的电流密度，显示芯片管脚电压， 并给出设计裕量。仿真结果还可以自动生成报告。如下图所示为电压跌落的结果，包括了图形化的结果以及数据表格结果。
pipro输出的电源结果中还包括电源树等结果。如下图所示为多相电源300a电流电路pi irdrop的结果：
2.pi-ac分析
pi-ac分析用于提取电源分布网络（pdn）的交流阻抗特性，并且可以显示电流密度， 了解热点区域。提取的阻抗网络可以直接转化为ads 的原理图，与电压调节模块（vrm）模型和去耦电容进行优化。
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