電源的信號完整性仿真中 Sigrity電容模型應用與管理指導

在進行AC阻抗分析、去耦電容方案優(yōu)化、同步開關噪聲（SSN）分析等電源完整性仿真或Power-Aware信號完整性仿真中，需要設置各種電容型號的模型，模型種類一般包括只有一個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。在進行仿真前，需要盡可能地找到與你仿真電源、電路相關的所有電容型號模型，才能得到一個更具參考價值的仿真結(jié)果。

理想電容模型是最容易定義的一種模型，只要知道你的設計容值即可，但該種模型并不能準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)搜索對應型號下載。一些公司也會制作電容測量系統(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，只能自己測或者使用簡單RLC模型模擬，另外自己測量得到的電容模型更加接近真實使用環(huán)境，比如包括安裝效應?？偨Y(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)果也具有參考價值；還可以制作測試板等測量系統(tǒng)自己測電容的S參數(shù)，花些成本與時間來保證最高精度。

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用和管理，下面以Sigrity PowerSI為例，說明針對上述電容模型，如何實現(xiàn)創(chuàng)建、導入、應用、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，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，默認路徑在《Sigrityxxxx_install》\share\library\decap_library。

Sigrity中添加、導入、應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器件管理器進行

1） 打開Component Manager，選擇一個電容模型或者一個電容器件，點擊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；或輸入更復雜拓撲的SPICE描述電路，來定義多階SPICE模型，當然多階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）測量兩種（Sigirty安裝目錄中的電容模型均為串聯(lián)），節(jié)點與port的連接語法見下表。

上面兩種在Definition中編輯完成后，點擊OK，會彈出一個對話框，表示該類電容的模型全部定義成功，點擊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欄進行導入

Type選擇MCP，點擊Select MCP，打開編輯窗口

選擇導入的SPICE文件，.ckt/.sp模型直接識別，.mod模型需要選擇All Files來識別。然后點擊Edit Header按鈕，打開MCP Header Editor。

添加一個MCP的連接端口，分別將模型中的Port1和2設置為電源與地。設置完成后，點擊OK，回到MCP Editor界面，MCP的連接端口出現(xiàn)，此時將器件的端口與模型剛設置的連接端口互連，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模型管理模塊實現(xiàn)電容庫中模型的導入與使用

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

2） 選擇菜單欄Library – Load Library，導入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，即可打開對應的模型庫。

選擇Discrete中Capacitor一欄，點擊庫名字，所有的電容模型就會顯示在右側(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，點擊Search后，所有滿足條件的電容會列出來，選擇其中一個電容，點擊Select，跳轉(zhuǎn)到Model Assignment界面，顯示該類所有電容已經(jīng)附上這個模型了，status一列顯示為綠色Validated字樣，表示模型附成功了，點擊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現(xiàn)導入與使用。

03 在AMM中創(chuàng)建一個自己的電容庫

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一欄導入庫頭文件的.xls模板表格（默認模板表的路徑在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目（一般默認即可），最后點擊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入

可以使能By RLC，參數(shù)化設置RLC三個寄生參數(shù)值，定義一個一階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，在這里可以直接導入S參數(shù)模型或多種格式的SPICE模型。

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

導入打開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仿真工程師的項目有所幫助。