一种PCB电源完整性仿真方法及相关装置与流程

一种pcb电源完整性仿真方法及相关装置
技术领域
[0001]
本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种pcb电源完整性仿真方法、一种pcb电源完整性仿真装置、一种pcb电源完整性仿真设备以及一种计算机可读存储介质。


背景技术：

[0002]
电源时域仿真是一种尽可能精确预见电系统工作情况的工序。实施高精度的有代表性的仿真，可以在投入生产之前就预见到一些可能存在的问题，或是在打板之后，能够在上电之前设置好一些测试点和潜在bug。由此避免设计失误带来的成本，提高电系统的稳定性。如果能够在设计阶段进行有效的电源时域仿真，那么就可以针对我们真正关心的几个实际测试项进行仿真。仿真结果和规定说明不匹配，就可以更加直观的反映出设计的问题，这可以很方便找到在前述几种仿真中找不到的疑难点。
[0003]
而在现阶段，现有仿真流程中关于pcb寄生参数的考虑不够完善，往往只是用一个简单的rl串联模型来代表pcb的寄生参数，但实际上除了寄生电感和直流电阻之外，还存在寄生电容，并且不仅仅是简单的rlc模型。pcb是由多层的铜皮和夹层构成的，在实际工作中并不能认为是理想导体，任何一段长度的导线都会存在电感，再高的电导率的材质也会存在一定的电阻，多层的结构必然会存在电容。上述电感，电阻以及电容等寄生参数的存在，由于在先阶段仿真过程中没有考虑周全，会使得仿真结果一定会和实际波形有相当大的误差。所以如何提供一种精确度高的仿真方法是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种pcb电源完整性仿真方法，对于pcb中电源完整性仿真具有更高的精确性；本发明的另一目的在于提供一种pcb电源完整性仿真装置、一种pcb电源完整性仿真设备以及一种计算机可读存储介质，对于pcb中电源完整性仿真具有更高的精确性。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明提供一种pcb电源完整性仿真方法，包括：
[0006]
提取预设电源模型的s参数，生成对应所述s参数的s参数文件；
[0007]
将所述s参数文件输入预设的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型；
[0008]
将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎；
[0009]
在将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过所述预设仿真软件构建包括所述预设电源模型的仿真电路，并对所述仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0010]
可选的，所述提取预设电源模型的s参数，生成对应所述s参数的s参数文件包括：
[0011]
通过频域阻抗提取软件在所述预设电源模型对地设置一电源等效对地电阻，生成对地阻抗模型；
[0012]
通过所述频域阻抗提取软件对所述对地阻抗模型进行仿真，生成频域阻抗信息；
[0013]
将所述频域阻抗信息保存为s2p格式，生成所述s参数文件。
[0014]
可选的，所述将所述s参数文件输入预设的建模软件，根据所述s参数生成对应的
spice模型包括：
[0015]
将所述s参数文件输入基于微波原理分析的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型。
[0016]
可选的，所述将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎包括：
[0017]
生成所述spice模型的代码；
[0018]
将包括所述代码的文件添加进所述预设仿真软件的命令行区域。
[0019]
本发明还提供了一种pcb电源完整性仿真装置，包括：
[0020]
s参数模块：用于提取预设电源模型的s参数，生成对应所述s参数的s参数文件；
[0021]
spice模型模块：用于将所述s参数文件输入预设的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型；
[0022]
关联模块：用于将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎；
[0023]
仿真模块：用于在将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过所述预设仿真软件构建包括所述预设电源模型的仿真电路，并对所述仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0024]
可选的，所述s参数模块包括：
[0025]
对地阻抗模型单元：用于通过频域阻抗提取软件在所述预设电源模型对地设置一电源等效对地电阻，生成对地阻抗模型；
[0026]
频域阻抗信息单元：用于通过所述频域阻抗提取软件对所述对地阻抗模型进行仿真，生成频域阻抗信息；
[0027]
s参数文件单元：用于将所述频域阻抗信息保存为s2p格式，生成所述s参数文件。
[0028]
可选的，所述spice模型模块具体用于：
[0029]
将所述s参数文件输入基于微波原理分析的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型。
[0030]
可选的，所述关联模块具体包括：
[0031]
生成单元：用于生成所述spice模型的代码；
[0032]
添加单元：用于将包括所述代码的文件添加进所述预设仿真软件的命令行区域。
[0033]
本发明还提供了一种pcb电源完整性仿真设备，所述设备包括：
[0034]
存储器：用于存储计算机程序；
[0035]
处理器：用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述pcb电源完整性仿真方法的步骤。
[0036]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述pcb电源完整性仿真方法的步骤。
[0037]
本发明所提供的一种pcb电源完整性仿真方法，包括提取预设电源模型的s参数，生成对应s参数的s参数文件；将s参数文件输入预设的建模软件，根据s参数生成对应的spice模型；将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎；在将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过预设仿真软件构建包括预设电源模型的仿真电路，并对仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0038]
s参数可以能够比较好的复现到pcb的寄生参数，将s参数转化成spice模型，通过
spice模型关联到预设仿真软件的仿真引擎，从而可以在对包括预设电源模型的仿真电路进行仿真时，有效参考到pcb的寄生参数，从而使得对于pcb中电源的完整性仿真具有更高的精确性。
[0039]
本发明还提供了一种pcb电源完整性仿真装置、一种pcb电源完整性仿真设备以及一种计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
[0040]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真方法的流程图；
[0042]
图2为本发明实施例所提供的一种具体的pcb电源完整性仿真方法的流程图；
[0043]
图3为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真装置的结构框图；
[0044]
图4为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真设备的结构框图。
具体实施方式
[0045]
本发明的核心是提供一种pcb电源完整性仿真方法。现有的仿真技术从仿真精度上来看，因为没有充分考虑pcb的寄生参数，所以仿真结果会在高频段产生相当大的误差。即便是考虑了寄生参数，往往也是使用不够精确的经验值，导致对于pcb中电源完整性仿真的精确性不足。
[0046]
而本发明所提供的一种pcb电源完整性仿真方法，包括提取预设电源模型的s参数，生成对应s参数的s参数文件；将s参数文件输入预设的建模软件，根据s参数生成对应的spice模型；将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎；在将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过预设仿真软件构建包括预设电源模型的仿真电路，并对仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0047]
s参数可以能够比较好的复现到pcb的寄生参数，将s参数转化成spice模型，通过spice模型关联到预设仿真软件的仿真引擎，从而可以在对包括预设电源模型的仿真电路进行仿真时，有效参考到pcb的寄生参数，从而使得对于pcb中电源的完整性仿真具有更高的精确性。
[0048]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真方法的流程图。
[0050]
参见图1，在本发明实施例中，pcb电源完整性仿真方法包括：
[0051]
s101：提取预设电源模型的s参数，生成对应s参数的s参数文件。
[0052]
上述预设电源模型通常为电源芯片厂商提供的电源模型，对于实体电源的输入输出特性具有非常好的还原度。s参数是一种用于描述器件的模型，可以在不描述器件内部具
体构造的情况下，体现该器件的输入输出特性，有非常高的还原性，该s参数能够比较好的复现到pcb的寄生参数。在本步骤中，具体会通过软件来提取预设电源模型的s参数，并依据该s参数生成对应的s参数文件，以便后续步骤中根据该s参数建立适用于其他建模软件的模型。
[0053]
s102：将s参数文件输入预设的建模软件，根据s参数生成对应的spice模型。
[0054]
spice模型是基于spice语法编译的物理模型，也是一种用于描述器件性质的方法，spice模型能够更好的兼容于各种仿真引擎，以便于使用。
[0055]
在本步骤中，会将s101生成的s参数文件导入预设的建模软件生成spice模型，该spice模型具体是根据s参数生成的spice模型。
[0056]
s103：将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎。
[0057]
在本步骤中，会将spice模型关联打算用于电路仿真的预设仿真软件的仿真引擎，从而使得在使用预设仿真软件进行仿真时，可以结合上述s参数进行仿真，从而在仿真过程中考虑到pcb中寄生参数的影响。
[0058]
s104：在将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过预设仿真软件构建包括预设电源模型的仿真电路，并对仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0059]
在本步骤中，具体会使用s103涉及的预设仿真软件构建包括所述预设电源模型的仿真电路。在构建仿真电路时，做必须的电源将会使用上述提取了s参数的预设电源模型，该模型通常是由电源芯片厂商提供；而在仿真电路中，所使用的pcb电容的模型，可以根据当前仿真电路的线路图的绘制原理，找到对应厂商的对应电容模型；而载模型同样可以来自厂商，也可以自己进行测试，还原到自己实验室中所使用的负载模型的性质。而有关来自pcb本身的寄生参数，在本发明实施例中通过上述步骤可以在仿真过程中添加进pcb寄生参数的影响，最大限度地提取到pcb的寄生参数模型并应用到仿真流程中，将整个仿真流程中唯一一个不确定项清除。
[0060]
有关具体建立仿真电路，以及仿真所使用的具体过程可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
[0061]
本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真方法，包括提取预设电源模型的s参数，生成对应s参数的s参数文件；将s参数文件输入预设的建模软件，根据s参数生成对应的spice模型；将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎；在将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过预设仿真软件构建包括预设电源模型的仿真电路，并对仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0062]
s参数可以能够比较好的复现到pcb的寄生参数，将s参数转化成spice模型，通过spice模型关联到预设仿真软件的仿真引擎，从而可以在对包括预设电源模型的仿真电路进行仿真时，有效参考到pcb的寄生参数，从而使得对于pcb中电源的完整性仿真具有更高的精确性。
[0063]
有关本发明所提供的一种pcb电源完整性仿真方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。
[0064]
请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种具体的pcb电源完整性仿真方法的流程图。
[0065]
参见图2，在本发明实施例中，pcb电源完整性仿真方法包括：
[0066]
s201：通过频域阻抗提取软件在预设电源模型对地设置一电源等效对地电阻，生成对地阻抗模型。
[0067]
在本步骤中，具体会选用频域阻抗提取软件，即可以提取频域阻抗的软件，例如powersi，在预设电源模型对地设置一阻值通常不大于0.1ω的电源等效对地电阻，生成对地阻抗模型，通常是作为较低频段下电源的对地阻抗模型。该对地阻抗模型需要在电源输出电感的输出焊盘上均匀加点作为正极，再在电源正下方的地平面上设置同样多点数的负极，具体点数需要根据电源输出电流的多少决定，理论上输出1a则需要在正负两极各设置1个点。上述在预设电源模型对地设置的电源等效对地电阻的阻值也可以先通过电阻仿真软件得到电源输出的阻抗值，并将该阻抗值应用于上述的电源等效对地电阻阻值设置中，不过0.1ω是一个比较合适的经验值，实际数值大多在0.1ω到0.01ω之间。
[0068]
在本步骤中若没有设置上述电源等效对地电阻，则在低频段会将该部位识别为断路，与实际不符，而在高频段，阻抗值往往远低于该值，所以即便笼统的将电源的低频阻抗设置为0.1ω，也不会对实际仿真得到的波形有所影响。
[0069]
s202：通过频域阻抗提取软件对对地阻抗模型进行仿真，生成频域阻抗信息。
[0070]
在本步骤中，具体会将仿真频率设置为100hz到1ghz之间，包括端点值，这是板级电容能够考虑到的去耦频率。具体的，在仿真时仿真端口通常设置为两个，一个是所需的负载芯片，即用电芯片，例如cpu，内存，pcieswitch等；另一个就是上述自行设置的电源等效对地电阻，经过以上设置进行仿真之后即可得到频域阻抗曲线，即频域阻抗信息。
[0071]
s203：将频域阻抗信息保存为s2p格式，生成s参数文件。
[0072]
在本步骤中，该s参数文件体现了在不同频率下所描述体系的输入输出行为级模型，以便后续步骤使用。
[0073]
s204：将s参数文件输入基于微波原理分析的建模软件，根据s参数生成对应的spice模型。
[0074]
spice模型是能够比较好的兼容到仿真软件中的物理模型，而并非所有的spice模型都能够正常的运行于时域仿真软件中，时不时会收到关于收敛性错误的描述。在本步骤中，具体会将s参数文件输入基于微波原理分析的建模软件，例如idem，该建模软件目前集成在cst studio工作套件中，以解决有关收敛性问题。当然，在本发明实施例中也可以选用基于其他原理的建模软件解决收敛性问题，在本发明实施例中不做具体限定。有关基于微波原理分析的建模软件的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
[0075]
s205：生成spice模型的代码。
[0076]
由于在现阶段，直接将spice模型拖入仿真软件的器件库，并不一定能够生成合适的模型。为了将spice模型较好的兼容于各种仿真软件，需要对仿真软件的器件库进行一系列的操作，强迫仿真软件识别该器件并进行仿真。
[0077]
具体的，以simplis为例，本步骤可以具体为：从idem获取.cir文件，打开simplis，建立simplis仿真引擎工作区，在“input file”选择idem输出的.cir文件，在“output file”选择生成txt文件，下方有4个选框，全部勾选-ok，弹出窗口“save symbol to library？”，点击no，之后会load出spice模型的代码，以生成包括spice模型代码的文件。
[0078]
s206：将包括代码的文件添加进预设仿真软件的命令行区域。
[0079]
当在s205中生成包括spice模型代码的文件之后。在本步骤中具体需要点击原理
图选栏，将idem输出的.cir文件拖入命令行区域(command shell)，弹窗中勾选install ok，之后将生成的txt文件用记事本打开，在“.subckt”的上一行添加一行“.simulator simplis”保存，在将这个改动后的txt拖入命令行区域，勾选install ok，之后弹出一个提示你是否要reload文件，建议选择yes，然后左键点击到simplis引擎的原理图，单击“q”，即可出现spice模型。
[0080]
需要注意的是，根据s参数提取阶段的设置，即上述s201至s203，一个二端口网络输出的spice模型会自动生成其电路器件模型，该模型并不是二端口器件，往往是三端口器件。其中的ref端口应被当作gnd处理，“1”端口作为输入，“2”端口作为输出。将该模型应用于仿真线路中，即可进行仿真。
[0081]
s207：在将spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过预设仿真软件构建包括预设电源模型的仿真电路，并对仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0082]
本步骤与上述s104基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。
[0083]
本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真方法，在对电路进行仿真时，可以基于s参数有效参考到pcb的寄生参数，从而使得对于pcb中电源的完整性仿真具有更高的精确性。
[0084]
下面对本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真装置进行介绍，下文描述的仿真装置与上文描述的仿真方法可相互对应参照。
[0085]
请参考图3，图3为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真装置的结构框图。
[0086]
参见图3，在本发明实施例中，pcb电源完整性仿真装置包括：
[0087]
s参数模块100：用于提取预设电源模型的s参数，生成对应所述s参数的s参数文件。
[0088]
spice模型模块200：用于将所述s参数文件输入预设的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型。
[0089]
关联模块300：用于将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎。
[0090]
仿真模块400：用于在将所述spice模型关联预设仿真软件的仿真引擎之后，通过所述预设仿真软件构建包括所述预设电源模型的仿真电路，并对所述仿真电路进行仿真，得到仿真参数。
[0091]
作为优选的，在本发明实施例中，所述s参数模块100包括：
[0092]
对地阻抗模型单元：用于通过频域阻抗提取软件在所述预设电源模型对地设置一电源等效对地电阻，生成对地阻抗模型；
[0093]
频域阻抗信息单元：用于通过所述频域阻抗提取软件对所述对地阻抗模型进行仿真，生成频域阻抗信息；
[0094]
s参数文件单元：用于将所述频域阻抗信息保存为s2p格式，生成所述s参数文件。
[0095]
作为优选的，在本发明实施例中，所述spice模型模块200具体用于：
[0096]
将所述s参数文件输入基于微波原理分析的建模软件，根据所述s参数生成对应的spice模型。
[0097]
作为优选的，在本发明实施例中，所述关联模块300具体包括：
[0098]
生成单元：用于生成所述spice模型的代码；
[0099]
添加单元：用于将包括所述代码的文件添加进所述预设仿真软件的命令行区域。
[0100]
本实施例的pcb电源完整性仿真装置用于实现前述的pcb电源完整性仿真方法，因此pcb电源完整性仿真装置中的具体实施方式可见前文中pcb电源完整性仿真方法的实施例部分，例如，s参数模块100，spice模型模块200，关联模块300，仿真模块400分别用于实现上述pcb电源完整性仿真方法中步骤s101，s102，s103以及s104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
[0101]
下面对本发明实施例提供的一种pcb电源完整性仿真设备进行介绍，下文描述的pcb电源完整性仿真设备与上文描述的pcb电源完整性仿真方法以及pcb电源完整性仿真装置可相互对应参照。
[0102]
请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种pcb电源完整性仿真设备的结构框图。
[0103]
参照图4，该pcb电源完整性仿真设备可以包括处理器11和存储器12。
[0104]
所述存储器12用于存储计算机程序；所述处理器11用于执行所述计算机程序时实现上述发明实施例中所述的pcb电源完整性仿真方法。
[0105]
本实施例的pcb电源完整性仿真设备中处理器11用于安装上述发明实施例中所述的pcb电源完整性仿真装置，同时处理器11与存储器12相结合可以实现上述任一发明实施例中所述的pcb电源完整性仿真方法。因此pcb电源完整性仿真设备中的具体实施方式可见前文中的pcb电源完整性仿真方法的实施例部分，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
[0106]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一发明实施例中所介绍的一种pcb电源完整性仿真方法。其余内容可以参照现有技术，在此不再进行展开描述。
[0107]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0108]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0109]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0110]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0111]
以上对本发明所提供的一种pcb电源完整性仿真方法、一种pcb电源完整性仿真装置、一种pcb电源完整性仿真设备以及一种计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。