HyperLynx Power Integrity (HL PI) 電源完整性分析是現代電子設計的重要組成部分。 IC 使用的電壓數量不斷增加，加上功耗急劇增加，使得正確的電源傳輸成為一項極其困難的任務。
高層數、更嚴格的margins和更低的電壓加上不斷增加的功耗使得電源完整性分析成為現代系統設計的重要組成部分。如果供電不足，零件可能會遇到邏輯和訊號完整性問題，從而導致電路板故障。
良好的 PCB 電源完整性 (PI) 至關重要，因為它可確保電子電路可靠且有效率地運作。對於當今的高功率、低壓 IC 來說尤其如此。良好的 PCB PI 有助於：
從穩壓器模組 (VRM) 開始到 IC 電源pin腳結束的互連和零件的集合稱為供電線路 (PDN)。正確設計和分析供電線路是實現穩定性能和維持整體系統健康的關鍵。
電源完整性分析有兩種基本形式：
PI 和 SI 之間的相互作用常常是複雜且令人困惑的。隨著單端 DDR 總線達到與許多普遍的差分 SerDes 通道相同的資料速率，更好地理解這種相互作用對於現代設計人員來說至關重要。
HyperLynx DC Drop 透過分析多板供電系統的 IR 壓降、電流密度和點對點電阻，幫助設計可靠運作。這可確保為每個零件提供足夠的功率，並避免可能損壞電路板的過高電流密度。
當電流在電源層和電源走線中流動時，會產生 IR 壓降。儘管與平面和power vias相關的電阻很小，但電壓降可能很大，尤其是對於當今的高功率 IC。當功率訊號僅構成平面層的一部分時尤其如此，從而變得又長又薄。電流通過電源層和vias的路徑通常是違反直覺的，導致電流集中，從而導致過度的 IR 壓降和相關的發熱。這種過度的壓力降不僅會導致零件運作不可靠，而且還可能損壞電路板。
HyperLynx DC Drop 分析從 VRM 到元件電源pin腳的電流，確保為零件提供足夠的電壓並避免電流密度過高。它的速度足夠快，可以在 PCB 佈局期間以互動方式使用，因此可以在設計過程的早期發現並糾正問題，從而更容易、更快速地糾正問題。
同一個 GUI 支援直流和交流電源完整性，因此只需設定一次設計即可分析直流和交流 PDN 行為。 HyperLynx 電源完整性 (HL-PI) 與 HyperLynx 訊號完整性 (HL-SI) 共享相同的 GUI，因此可以輕鬆地在訊號和電源完整性分析之間來回切換。
HL-PI 可以從多種 CAD 格式匯入layout資料進行分析。匯入資料庫後，分析精靈將引導使用者逐步完成不同的分析流程，使主流設計人員可以直接進行複雜的電源完整性分析，他們可以在正常設計週期中執行模擬並做出設計決策。
DC Drop 中的分析引擎採用獨特、高效的演算法，該演算法使用更少的記憶體，並且比傳統 DC PI 工具執行分析的速度快得多。這意味著它可以運行比通常可能的更大的設計並快速產生結果。
在大多數情況下，HyperLynx DC Drop 可以在使用者筆記型電腦上運行，因此只有最大的設計需要伺服器級電腦。它還支援批次模式驗證，因此一旦設定了不同供應運行的集合，只需單擊滑鼠即可自動驗證整個系統。
HyperLynx DC Drop 使用獨特的預佈局編輯器支援佈局前和佈局後分析，讓使用者可以在線路圖驅動的環境中建立和編輯電源層、vias和訊號拓撲。這非常適合執行基本的 PDN 規劃和嘗試不同的情境。
PDN 編輯器還可以與佈局後驗證一起使用，以提取感興趣的區域進行「what-if假設」佈局後實驗，在將設計發送回layout進行修改之前測試佈局的潛在更改。
透過針對佈局前設計規劃和佈局後驗證的單一分析流程，HyperLynx DC Drop 可以輕鬆比較佈局前和佈局後分析結果，以便設計人員可以將佈局前期望與實際佈局後進行比較行為。
HyperLynx DC Drop 將所有電源供應和零件資料集中到一處，簡化了設定分析的過程。使用者定義電源拓撲、VRM 特性和 IC 電流消耗，然後 HyperLynx 完成其餘工作。支援多相電源以及遠端感測pin腳
HyperLynx DC Drop 以互動式圖形和表格報告格式提供分析結果。
PowerScope 檢視器提供電壓降和電流密度的 2D 色彩編碼和互動式 3D 顯示。使用者可以平移和縮放顯示，以多種格式查看結果，並將顏色縮放設定為自動或手動。
HTML 報告總結了分析結果，呈現分析的所有內容。它包含超連結，允許使用 PowerScope 檢視器直接顯示問題區域。 HyperLynx DC Drop報告準確地告訴您最想了解的內容 – 哪些內容通過了，哪些內容失敗了以及失敗了多少。
HyperLynx Decoupling去耦分析對 PCB 供電線路 (PDN) 進行建模和分析，以確保在必要的頻率下提供足夠的電壓和電流，以支援現代 IC 的快速開關特性。它會報告裝置電源pin腳處的 PDN 阻抗以及通過/失敗狀態。
電源完整性為電子產品設計領域帶來了重大挑戰。現代 IC 非常敏感，需要多種電源電壓才能發揮最佳功能。在分析電源完整性時，必須考慮熱約束和複雜的多板系統。
PCB（印刷電路板）上的供電線路( PDN) 是一個由走線、平面和零件組成的複雜線路，負責將電源分配給板上的各種零件和積體電路。其主要目的是確保每個零件獲得適當且穩定的電源供應，同時最大限度地減少電壓波動並確保電子系統的最佳性能和可靠性。 PDN 通常包括電源層、接地層、電源走線、去耦電容以及其他零件，這些零件協同工作以管理和分配整個 PCB 的電力。最後，PDN 不僅提供了一種向電路板上的 IC 傳送電流的方法，而且還提供了返回電流路徑。
在分析供電線路時，我們的目標是確定線路阻抗，該阻抗將定義 IC 將經歷的電壓變化。高效能 PDN 將始終呈現低阻抗。在交流 (AC) 環境中，PDN 必須為快速開關 IC 提供足夠的電流，同時有效管理電壓漣波和壓降。電壓軌必須穩定，並且在從 DC 一直到 IC 開關電流頻寬（可以在 GHz 範圍內）的電壓限制內。當電流負載增加時，PDN 不足可能會導致電壓漣波過大、電壓下降和 VRM 不穩定等問題。電源上的漣波可能會導致操作問題或資料完整性問題。
AC decoupling分析有助於確定 PDN 的設計是否能夠為 IC 本身的運作提供足夠的電流供應並維持穩定的電壓。在低頻 (<100kHz) 下，穩壓器模組(VRM) 和大電容為 PDN 提供低阻抗。板層疊構中的去耦電容和兩平面間電容可提供從 ~100kHz 到 ~10 – 100MHz 範圍的低阻抗。在此範圍之後，去耦電容主要變為感性，無法為 PDN 提供低阻抗。在此頻率範圍內，封裝上和晶片上去耦必須接管並提供低阻抗，通常在 ~10 – 100MHz 至 GHz 範圍內。需要注意的是，IC封裝的電感會限制板級PDN設計的最高有效頻率。較大的封裝電感將降低 PCB 去耦電容的有效頻率範圍。
理想的電容模型沒有寄生電感 (ESL) 或寄生電阻 (ESR)。在實務中，所有零件都會有一定程度的寄生效應，這些寄生效應會影響行為，因此必須考慮。 RLC 電路模型是一種對去耦電容阻抗進行建模的精確方法。
RLC電路模型引入了自諧振頻率 (SRF)，取決於零件的電容和電感。在 SRF 以下，阻抗主要由電容決定，並且具有負斜率曲線，阻抗隨頻率而減少。在 SRF 之上，阻抗主要由電感決定，且曲線具有正斜率，阻抗隨頻率增加。為了降低高頻阻抗，應盡量減少電容的電感。
放置在 PDN 上的去耦電容有時可能會出現不直覺的行為。並聯安裝的具有相同電容值的去耦電容可保持相同的自諧振頻率 (SRF) 點並降低整體阻抗。相反，由於具有不同 SRF 點的電容之間的相互作用，並聯安裝具有不同值的電容零件可能會導致並聯諧振頻率 (PRF) 點。 PRF 點很重要，因為它們會在 PDN 輪廓中產生高阻抗峰值。
重要的是要考慮與 VRM 和大電容的低頻相互作用，以及與電路板的兩平面間電容以及任何封裝或on-die電容的高頻相互作用 – 這些組合相互作用的行為是手動近似極其困難。借助 HyperLynx Advanced Decoupling進階解耦，可以對 PDN 的所有零件進行有效建模，並驗證和最佳化 PDN 的完整行為。
HyperLynx 進階解耦具有業界領先的分析速度和資料庫容量，易於與自動化工作流程一起使用，包括全面的報告，並且可選地包括PDN Decoupling Optimizer解耦優化器，可用於有效優化設計以增加利潤、降低成本或零件數量，或增加實體佈線空間。
HyperLynx 進階解耦分析可評估 PDN 為特定電源pin pairs 或 pin group pairs對提供低阻抗路徑的能力。先進的分散式 PDN 去耦模擬考慮了每個去耦電容的位置、兩平面間電容和電感、board outline以及去耦電容的安裝寄生效應和損耗。
HyperLynx Decoupling解耦分析能夠提取和模擬設計的整個 PDN 模型，顯示每個感興趣的裝置所看到的 PDN 阻抗，並報告是否符合設計要求。
為了設定分析，設計人員指定：
HyperLynx 然後計算：
然後，HyperLynx 計算每個電源pin腳處的有效 PDN 阻抗以及是否符合設計要求。
一旦設計完成並進行分析，就可以進行更改以提高效能並與早期結果進行比較。該圖顯示了目的在降低 PDN 阻抗的幾輪設計改進的結果。
HyperLynx 供電線路 (PDN) 最佳化器執行去耦電容值和位置的佈局後最佳化。它結合使用基於專家的演算法和遺傳優化演算法，可以減少零件數量、總成本和不同電容類型的數量。
PDN Optimizer優化器使用兩階段過程來確定在所分析的設計中填充電容的最佳策略：
HyperLynx PDN 優化器產生一個超連結的 HTML 報告，其中列出了分析的所有不同電容配置，以及每個配置的詳細效能、配置和成本資料。這使得設計人員能夠評估不同潛在解決方案之間的決擇，並選擇最能滿足其特定設計目標的配置。
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