Mentor Graphics: Power-Analyse von Leiterplattendesigns

Mit HyperLynx PI (Power Integrity) hat jetzt Mentor Graphics ein Werkzeug zur exakten Analyse der Stromversorgungslagen moderner Leiterplattendesigns vorgestellt.

Bei den heutigen dicht bestückten und mit einer großen Anzahl von Pins ausgestatteten ICs erfordert das Design der Versorgungslagen eine enge Kooperation zwischen Entwicklungsingenieur und Layoutdesigner. Nur so lässt sich gewährleisten, dass durch die vielen Versorgungs- und Massestrukturen einer Leiterplatte genügend saubere Stromversorgungssignale an die ICs geliefert werden.

»Aufgrund der vielen Spannungspegel und Power-Anforderungen von Hochleistungs-ICs müssen Anwender heute oft mehr als 30 Versorgungsstrukturen auf einer einzigen Leiterplatte unterbringen«, so Henry Potts, Vice-President und General-Manager von Mentor Graphics Systems Design Division. Das Design derartiger Strukturen erfordere eine schnelle und genaue Analyse des Gleichspannungsabfalls und des Stromrauschens. »Durch exakte Analyse können sowohl die Strukturen der Versorgungs- und Masselagen als auch die Anzahl der Entkopplungskondensatoren und deren Platzierungen bestimmt und dadurch zu konservative Designs sowie höhere Produktkosten vermieden werden«, erläutert Potts.

Der geringe Stromverbrauch moderner Produkte hat zu Chips mit mehreren Spannungspegeln geführt, von denen einige sehr niedrig sein können. Bei niedrigeren Spannungen sind jedoch die Gleichströme und Rauschtoleranzen sehr klein. Dies erfordert nicht nur mehrere Versorgungsstrukturen auf einer Leiterplatte, sondern auch besonders saubere Versorgungssignale. Die erste Herausforderung ist die Definition geteilter Versorgungs- und Masselagen zur Vermeidung übermäßiger Stromdichten und Spannungsabfälle.

HyperLynx PI ermöglicht die Pre- und Post-Layout-Analyse regelwidriger Strukturen der Versorgungs- und Masselagen durch Einbeziehung der genauen Positionen und Modelle der IC-Pins. Das Ergebnis der Analyse wird visuell oder textlich dargestellt und gestattet es dem Designer, Strukturprobleme bei den Versorgungs- und/oder Masselagen schnell zu identifizieren und zu lösen.

Die zweite Herausforderung ist die Integrität oder die Rauschfreiheit des gelieferten Stroms. Der Designer muss die Anzahl und die Position der Entkopplungskondensatoren festlegen. Ziel ist es, die zu konservative (übertriebene) Verwendung von Ableitkondensatoren zu vermeiden, um Komponentenkosten und Leiterplattenfläche einzusparen.

Zur Ermittlung der elektrisch und preislich besten Lösung kann der Designer aber auch mit den Herstellungsmaterialien und dem Lagenaufbau der Leiterplatte experimentieren. HyperLynx PI erlaubt eine genaue Analyse der Power-Integrität. Der Designer ist damit in der Lage, die optimale Anzahl, Platzierung und Werte der Entkopplungskondensatoren zu bestimmen. Mit diesen Informationen kann er ein Correct-by-Design-Layout der Versorgungsstrukturen durchführen und Entstörkondensatoren für Single-Pass-Power-Integritäts-Designs platzieren.

Eng in das HyperLynx-SI-Produkt (Signal Integrity) integriert, bietet HyperLynx PI eine umfassende Analyse- und Verifikationslösung. HyperLynx SI umfasst Funktionen zur vollständigen Analyse von Signalintegrität und Signalverzögerungen von modernen Speichern (DDR, DDR2, DDR3 – source-synchron), klassischen parallelen (synchrone) und seriellen (asynchrone) SERDES-Busverbindungen.

HyperLynx PI ist demnächst verfügbar und kann sowohl in Mentors Expedition-Enterprise-, PADS- und Board-Station-Flows integriert werden als auch in Third-Party-PCB-Designlösungen wie Allegro und CR 5000.