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PI仿真(POWER INTEGRITY)又稱電源完整性仿真，它是對(duì)單板+封裝+DIE構(gòu)成的電源系統(tǒng)的直流壓降，平面載流能力，過(guò)孔電流大小，電源平面阻抗及電容種類，數(shù)量，位置等進(jìn)行評(píng)估及優(yōu)化的工作，具體形式如下圖1所示。

圖1 電源完整性仿真示圖

我是2004年加入PI(POWER INTEGRITY電源完整性)仿真團(tuán)隊(duì)的，PI仿真團(tuán)隊(duì)那時(shí)候由張坤帶領(lǐng)，鼎盛時(shí)期主要員工有：張坤，張勝利(華為互連第二位博士)，晉趙國(guó)，全青山，賈俊，王瑜(實(shí)習(xí)生)，吳炎京及我。這個(gè)團(tuán)隊(duì)的組合在當(dāng)時(shí)部門(mén)算是實(shí)力很強(qiáng)大的，因“每人都有一把刷子”。加入PI團(tuán)隊(duì)前這個(gè)團(tuán)隊(duì)前期已有部分技術(shù)積累：電容的S參數(shù)測(cè)試，一些理論的研究，但仿真操作流程很復(fù)雜且在UNIX環(huán)境下，離實(shí)用階段還有一段距離。

華為的PI仿真初期與cadence也有著很緊密的聯(lián)系。SQPI是陳蘭兵在CADENCE主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目并選華為作為試用客戶，經(jīng)過(guò)華為內(nèi)部的優(yōu)化及各種關(guān)鍵技術(shù)的鉆研，最后華為成功應(yīng)用了SQPI，可惜CADENCE就缺少最后一步?jīng)]有把這個(gè)軟件大面積推廣開(kāi)來(lái)，也許是算法上對(duì)單板一些特殊的情況沒(méi)有處理好，最重要是其它公司沒(méi)有象華為這樣的團(tuán)隊(duì)為這個(gè)流程的順利進(jìn)行作進(jìn)一步的技術(shù)研究及寫(xiě)上一些輔助的程序。

我一直認(rèn)為SQPI很好用且效率特別高，因?yàn)樗cLAYOUT平臺(tái)是同一平臺(tái)，無(wú)需各種轉(zhuǎn)換，使用我開(kāi)發(fā)的自動(dòng)賦模型程序及構(gòu)建的仿真環(huán)境，一個(gè)板級(jí)的PI仿真最多1個(gè)小時(shí)內(nèi)就可以完成。

當(dāng)初CADENCE的PI仿真平臺(tái)切換是有歷史故事的，開(kāi)始時(shí)CADENCE是在UNIX平臺(tái)上運(yùn)行PI仿真,這個(gè)平臺(tái)使用的仿真引擎是SPECCTRA。SPECCTRA是頻域引擎而網(wǎng)表則類似于SPICE的工具，可以直接使用電容的S參數(shù)，在UNXI環(huán)境下此工具操作起來(lái)很不方便，這就是為啥剛開(kāi)始時(shí)部門(mén)沒(méi)法推廣的重要原因，后來(lái)CADENCE把它的PI仿真工具移到了WINDOWS平臺(tái)，使用引擎是TLSIM，這樣就比較符合大家的使用習(xí)慣了，但這個(gè)在WINDOWS平臺(tái)中運(yùn)行的PI仿真軟件不能使用電容的S參數(shù)庫(kù)，而是使用一階RLC模型,一階的RLC鉭電容是沒(méi)法擬合的。這方面我們做了不少的研究及轉(zhuǎn)換工作，并最終把電容模型的問(wèn)題給解決了，電容庫(kù)方面我認(rèn)為我們當(dāng)初做得比CADENCE還要好，我們的研究成果由于公司保密原因沒(méi)有與CADENCE共享，主要的技術(shù)點(diǎn)包括：

• 電容的S參數(shù)測(cè)量。

  我重新設(shè)計(jì)了SLOT校準(zhǔn)件及測(cè)試板，并測(cè)試了公司80%以上電容的S參數(shù)模型

• S電容參數(shù)轉(zhuǎn)為多級(jí)SPICE模型

  陶瓷電容的RLC是通過(guò)ADS擬合出來(lái)的（這個(gè)方法我在部門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)中歸了檔）;鉭電容則是通過(guò)多級(jí)RLC擬合出來(lái)，如下圖2所示。這個(gè)是由王瑜使用MATLAB完成的。

• 把所有的電容的SPICE模型按一定的格式組合成DML文件

  這個(gè)由我寫(xiě)程序完成。構(gòu)造這個(gè)文件按CADENCE給的HELP文件是完成不了的，因我無(wú)意中發(fā)現(xiàn)它的一個(gè)BUG,即RLC元件值后面的單位必須要有一個(gè)空格，這個(gè)BUG對(duì)整個(gè)仿真流程至關(guān)重要。DML文件可以加密，但是PI運(yùn)行后生成的網(wǎng)表會(huì)把電容的多級(jí)子電路顯示出來(lái)，這也是一個(gè)BUG。

• 按CODE進(jìn)行自動(dòng)賦模型

  這個(gè)方法由我發(fā)明并寫(xiě)程序完成

• 模型的S1P,S2P轉(zhuǎn)換，輸出的Z參數(shù)轉(zhuǎn)換
  

這個(gè)由張勝利，賈俊等寫(xiě)公式及推導(dǎo)，我寫(xiě)程序一次性完成。

    把上面的技術(shù)點(diǎn)處理完成后，PI仿真就變白癡化了，完全不會(huì)的人也可以在半天或一天內(nèi)輸出需要的PI仿真報(bào)告。

2 _3 l3 D  s& B; l0 A: B3 x6 L

    圖2多級(jí)RLC擬合鉭電容電路

PI仿真流程建成后公司PI仿真方面在業(yè)界當(dāng)時(shí)應(yīng)是一流水平，且測(cè)試與仿真擬合得很好（我們只測(cè)到3Ghz）。

SIWAVE1.0在我們使用SQPI流程完成后1年才出來(lái)，當(dāng)時(shí)由張勝利對(duì)這個(gè)軟件進(jìn)行了評(píng)估，由于我沒(méi)有對(duì)它寫(xiě)輔助程序,有些算法還不成熟，SIWAVE1.0還是不如我們的流程好用。到了SIWAVE2.0后它的PI仿真方面才完善，不過(guò)SIWAVE2.0的自動(dòng)賦模型程序也是我?guī)椭顚汖埿薷耐瓿傻?。后?lái)的SIGRITY PI自動(dòng)賦模型我也寫(xiě)好了程序（直接對(duì)SPD文件進(jìn)行處理）。在自動(dòng)賦模型方面我覺(jué)得自已很有天賦。

板級(jí)的PI仿真我們認(rèn)為已經(jīng)擬合得很好了，現(xiàn)在剩下器件的電流源建模比較困難。TI有牛人寫(xiě)過(guò)文檔對(duì)IC的電流源進(jìn)行模擬，但他的方法一直沒(méi)有使我信服，且他還在優(yōu)化的過(guò)程中。

柳樹(shù)要接管PI組后在芯片級(jí)等效電容方面有突破，且方法用在芯片K3V1上并解決了當(dāng)時(shí)的問(wèn)題。海思后來(lái)自己又引進(jìn)了APACHE軟件，用它來(lái)生成電流源模型，我離開(kāi)公司時(shí)還未有真正突破性的進(jìn)展，不知現(xiàn)在的情況怎樣了。

由于現(xiàn)在PI軟件的多樣性及算法的進(jìn)一步成熟，華為現(xiàn)在板級(jí)PI水平和外界應(yīng)差別不大，但Hisilicon離后端較近，有機(jī)會(huì)在DIE上對(duì)PI有一番作為，這也要看小伙伴們的造化了。

關(guān)于怎樣算電流源模型的問(wèn)題，我也一直在思考，希望通過(guò)計(jì)算出logic的翻轉(zhuǎn)率來(lái)評(píng)估。我希望在快捷后面開(kāi)發(fā)產(chǎn)品中與FPGA工程師合作，看是否有機(jī)會(huì)突破。

華為的電容模型有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即它同一容值的電容只有一個(gè)編碼，從編碼你是區(qū)分不出是哪個(gè)廠家制造的，這個(gè)對(duì)精細(xì)的仿真不利，我懷疑當(dāng)初的這個(gè)做法是限制采購(gòu)的某些行為。

關(guān)于電容的故事：當(dāng)年互連還不強(qiáng)大時(shí)，EMC實(shí)驗(yàn)室的人也要過(guò)來(lái)指導(dǎo)我們pcb 設(shè)計(jì)，技術(shù)不強(qiáng)真的容易被人指手劃腳。有一種現(xiàn)象是他們一REVIEWED就是加電容，有個(gè)工程師叫周x容，每次過(guò)來(lái)就是往板上有空的地方加電容，我們背后都叫他“周電容”。PI推廣后，我們可以設(shè)計(jì)電容的擺放位置及選取電容的容值，把原來(lái)電容過(guò)設(shè)計(jì)的單板又簡(jiǎn)化了回去，一加一減雙方的績(jī)效都不錯(cuò)：WIN-WIN STRATEGY！OH YEAH!

賈俊后期在產(chǎn)品問(wèn)題分析中做了不少經(jīng)典案例，當(dāng)時(shí)有個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)到荷蘭皇家電信公司KPN, 局方測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)通話質(zhì)量較差,后來(lái)通過(guò)PI分析后在PI型濾波電路增加一個(gè)10uF的電容解決了問(wèn)題。他還和張博士一起發(fā)現(xiàn)并解決了PI測(cè)試中焊接電纜諧振對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響問(wèn)題，找到了S參數(shù)轉(zhuǎn)Z參的正確方法，這對(duì)日后PI仿真和測(cè)試結(jié)果的高度擬合起到了決定性作用。

        PI這個(gè)團(tuán)隊(duì)大約維持了2-3年，但是成果輸出是當(dāng)時(shí)部門(mén)里最多的且勇于技術(shù)共享。在現(xiàn)在互連部老服務(wù)器中都能找到我們歸檔的文件。后來(lái)，我去做IC封裝了,張勝利離開(kāi)了公司，王瑜實(shí)習(xí)完后沒(méi)有回公司（最近聯(lián)系得知混得也不錯(cuò)），賈俊要到EMC實(shí)驗(yàn)室沒(méi)成功也離開(kāi)了華為，全青山去了北京，晉趙國(guó)“曲線救國(guó)”去了成都，最后只有吳炎京與張坤?？偟膩?lái)說(shuō)張坤在互連部真是個(gè)不可多得的技術(shù)人才。

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