電源的信號(hào)完整性仿真中 Sigrity電容模型應(yīng)用與管理指導(dǎo)

在進(jìn)行AC阻抗分析、去耦電容方案優(yōu)化、同步開關(guān)噪聲（SSN）分析等電源完整性仿真或Power-Aware信號(hào)完整性仿真中，需要設(shè)置各種電容型號(hào)的模型，模型種類一般包括只有一個(gè)容值的理想電容模型、包含RLC寄生參數(shù)值的一階SPICE模型、更復(fù)雜的多階SPICE模型以及寬帶S參數(shù)模型，模型的精確性依次升高。在進(jìn)行仿真前，需要盡可能地找到與你仿真電源、電路相關(guān)的所有電容型號(hào)模型，才能得到一個(gè)更具參考價(jià)值的仿真結(jié)果。

理想電容模型是最容易定義的一種模型，只要知道你的設(shè)計(jì)容值即可，但該種模型并不能準(zhǔn)確描述電容的寬帶行為，表現(xiàn)不出諧振特性，仿真結(jié)果不具備很好的參考價(jià)值；一階SPICE模型常常在找不到多階SPICE模型和S參數(shù)模型時(shí)使用，很多公司有各種不同容值不同封裝大小電容的RLC參數(shù)表，可以根據(jù)查表估算模擬；多階SPICE和S參數(shù)模型往往是電容廠商提供，可以到他們的官網(wǎng)搜索對(duì)應(yīng)型號(hào)下載。一些公司也會(huì)制作電容測(cè)量系統(tǒng)自己得到S參數(shù)模型，這種方式雖然成本很高，但像一些國產(chǎn)電容一般原廠拿不到模型用，只能自己測(cè)或者使用簡單RLC模型模擬，另外自己測(cè)量得到的電容模型更加接近真實(shí)使用環(huán)境，比如包括安裝效應(yīng)。總結(jié)一下，使用電容原廠提供的S參數(shù)或SPICE模型，是既方便快捷又保證精確性的方法；如果沒有，可以使用一階RLC模型代替，犧牲一定的精確性，但結(jié)果也具有參考價(jià)值；還可以制作測(cè)試板等測(cè)量系統(tǒng)自己測(cè)電容的S參數(shù)，花些成本與時(shí)間來保證最高精度。

除了選擇電容模型，還有另外一件困擾工程師的事情，就是在拿到模型后，如何很好地在仿真軟件中應(yīng)用和管理，下面以Sigrity PowerSI為例，說明針對(duì)上述電容模型，如何實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建、導(dǎo)入、應(yīng)用、管理等操作。Sigrity的其它PI軟件和模型抽取軟件如OptimizePI、Clarity 3D Solver，使用方法上基本一致。這里要特別提一點(diǎn)，在安裝完成Sigrity軟件后，提供了如下圖所示的多家電容廠商電容模型庫，里面有SPICE模型也有S參數(shù)模型，默認(rèn)路徑在《Sigrityxxxx_install》\share\library\decap_library。

Sigrity中添加、導(dǎo)入、應(yīng)用電容模型的方式主要有兩種，一種是在Component Manager器件管理器中進(jìn)行操作，一種是在Sigirty統(tǒng)一的模型管理模塊AMM中操作，具體地，參考下面的步驟。

01 通過Component Manager器件管理器進(jìn)行

1） 打開Component Manager，選擇一個(gè)電容模型或者一個(gè)電容器件，點(diǎn)擊edit

2） 打開編輯該Model或該電容器件的Model

3） 在Model編輯界面，創(chuàng)建或?qū)肴ヱ铍娙菽Ｐ偷姆椒ㄈ缦?/p>

a. 一階RLC模型：在Definition界面按照語法規(guī)則手動(dòng)輸入電容的寄生參數(shù)

也可以簡單地只輸入電容的容值，即為理想電容；或輸入更復(fù)雜拓?fù)涞腟PICE描述電路，來定義多階SPICE模型，當(dāng)然多階SPICE一般很難自己定義，還是建議拿到廠商提供的SPICE導(dǎo)入。

b. S參數(shù)模型（.s2p）：在Definition界面按照語法規(guī)則輸入電容S參數(shù)模型的調(diào)用指令

“Model =”后面加的是模型完整路徑。

S參數(shù)電容模型分串聯(lián)（Series）和并聯(lián)（Shunt）測(cè)量兩種（Sigirty安裝目錄中的電容模型均為串聯(lián)），節(jié)點(diǎn)與port的連接語法見下表。

上面兩種在Definition中編輯完成后，點(diǎn)擊OK，會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，表示該類電容的模型全部定義成功，點(diǎn)擊OK即可。

c. SPICE模型（.ckt/.mod/.sp等）：如果是SPICE的電容模型文件，可以通過右側(cè)Model File欄進(jìn)行導(dǎo)入

Type選擇MCP，點(diǎn)擊Select MCP，打開編輯窗口

選擇導(dǎo)入的SPICE文件，.ckt/.sp模型直接識(shí)別，.mod模型需要選擇All Files來識(shí)別。然后點(diǎn)擊Edit Header按鈕，打開MCP Header Editor。

添加一個(gè)MCP的連接端口，分別將模型中的Port1和2設(shè)置為電源與地。設(shè)置完成后，點(diǎn)擊OK，回到MCP Editor界面，MCP的連接端口出現(xiàn)，此時(shí)將器件的端口與模型剛設(shè)置的連接端口互連，這樣就完成了基于MCP的SPICE模型的定義。

點(diǎn)擊OK后，回到Model編輯界面，可以看到.mod的SPICE模型已經(jīng)通過MCP的連接端口連到電容上了，點(diǎn)擊OK即可。

同樣的，所有同類電容全部附上了該SPICE模型。

02 通過AMM模型管理模塊實(shí)現(xiàn)電容庫中模型的導(dǎo)入與使用

1） 在PowerSI流程界面，點(diǎn)擊Assign Capacitor Models，打開AMM的Model Assignment界面，選中一個(gè)要附模型的電容，點(diǎn)擊Browse Model → OK ，然后就打開了AMM管理器

2） 選擇菜單欄Library – Load Library，導(dǎo)入Sigirty安裝目錄中的各廠家的電容庫

找到Sigrity電容庫的路徑，選擇一個(gè)廠家的電容庫文件夾打開，選擇.xml等格式的模型庫頭文件，即可打開對(duì)應(yīng)的模型庫。

選擇Discrete中Capacitor一欄，點(diǎn)擊庫名字，所有的電容模型就會(huì)顯示在右側(cè)主窗口。

3） 可以使用查找功能，根據(jù)容值、封裝SIZE等在該庫中找到想要的電容。

可以使用查找功能，根據(jù)容值、封裝SIZE等在該庫中找到想要的電容，點(diǎn)擊Search后，所有滿足條件的電容會(huì)列出來，選擇其中一個(gè)電容，點(diǎn)擊Select，跳轉(zhuǎn)到Model Assignment界面，顯示該類所有電容已經(jīng)附上這個(gè)模型了，status一列顯示為綠色Validated字樣，表示模型附成功了，點(diǎn)擊OK即可。.ckt、.mod、.s2p等各種格式的電容模型均可以通過該方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入與使用。

03 在AMM中創(chuàng)建一個(gè)自己的電容庫

1） 打開DecapGenerator.exe，具體路徑在Cadence – Sigrity xxxx – tools – bin文件夾中

2） 打開后在Source File一欄導(dǎo)入庫頭文件的.xls模板表格（默認(rèn)模板表的路徑在Cadence – Sigrity xxxx – share– SpeedXP – Samples – OptimizePI – Decap_Generator）

在Destination File一欄中選擇你要將轉(zhuǎn)換后的.ammx/.amm文件保存在哪里，并定義文件名稱，然后選擇頭文件中你要使用的項(xiàng)目（一般默認(rèn)即可），最后點(diǎn)擊Convert，即可將.xls格式轉(zhuǎn)換為AMM模型管理器可以調(diào)用的.ammx/.amm格式的文件。

3） 打開AMM模型管理器，選擇Load Library，找到剛才轉(zhuǎn)換的.ammx/.amm文件，導(dǎo)入后如下圖。

4） 可以將不需要的模型刪除，添加自己的模型有兩種方式。

a. 直接在窗口新建與編輯導(dǎo)入

可以使能By RLC，參數(shù)化設(shè)置RLC三個(gè)寄生參數(shù)值，定義一個(gè)一階RLC模型；也可以使能By SPICE，選擇Edit SPICE按鈕，打開電路定義編輯界面，在這里可以直接導(dǎo)入S參數(shù)模型或多種格式的SPICE模型。

b. 選擇External Libraries，可以導(dǎo)入Sigrity安裝路徑下的各電容庫，也可導(dǎo)入其他項(xiàng)目的電容庫，作為external庫使用。

導(dǎo)入打開external庫后，可以在庫中查找想要的模型，選中該模型右鍵，copy to project library將該模型添加到自己的庫中。

編輯好自己的庫所有模型后，保存即可。項(xiàng)目中如果要使用該庫，通過AMM或流程中Assign Capacitor等方式打開模型管理器導(dǎo)入使用即可，附模型操作參照上面所述。

以上比較完整地介紹了Sigrity中電容模型的使用方法，靈活選用設(shè)置方式可以大大提高我們的SI/PI/EMC仿真效率，希望本篇文章可以對(duì)仿真工程師的項(xiàng)目有所幫助。