About / Advertise
I takt med att halvledarkretsar kräver allt fler matningsspänningar blir också uppgiften att rätt dimensionera strömförsörjningsnätet på kretskortet allt svårare. Detsamma gäller konsten att använda lagom många avkopplingskondensatorer. Mentor Graphics har lagt till funktioner för att lösa dessa problem i senaste versionen av verktyget Hyperlynx.
Att konstruera spänningsmatningsnätet så att alla kretsar på ett kort garanteras tillräckligt hög spänning för att fungera utan att samtidigt skapa områden på kortet där strömmen blir så hög att kortet riskerar överhettning - det är en rejäl utmaning. Som inte blir lättare av att många halvledarkretsar numera optimerats för låg strömförbrukning genom att använda flera spänningar - det gör att varje kort får allt fler matningsnät. 
- På den tiden allt var 5 V så var detta enkelt. Nu när kretsar kan ha 4-5 spänningsnivåer, så låga som 1,2 eller 0,9 V, så minskar toleranserna samtidigt som kraven ökar. På stora kretskort kan det finnas uppåt 30 separata matningsnät, säger John Isaac, marknadsansvarig på Mentor Graphics.
Alla dessa nät kräver därtill avkopplingskondensatorer för att undvika strömspikar och annat som kan störa eller rentav förstöra konstruktionen. Vilket förstås rimmar illa med kraven på mindre, kompaktare och billigare konstruktioner där alla onödiga komponenter jagas med blåslampa.
- Ofta används fler ledarlager än nödvändigt för matningsnäten. De flesta tar också hellre till för många avkopplingskondensatorer för att vara på den säkra sidan, säger John Isaac.
För att lösa dessa problem har Mentor byggt vidare på sitt verktyg för signalintegritet, Hyperlynx, och infört funktioner för analys och design av just strömförsörjning. Nykomlingen kallas Hyperlynx PI (Power Integrity) och säljs både som fristående verktyg och som del av signalintegritetspaketet.
Verktyget gör en DC-analys som med god noggrannhet visar vad spänningen blir i varje ben på varje komponent på kretskortet. Samtidigt analyseras strömmen, bland annat genom att avgöra om mängden koppar i ledarna och antalet viahål är tillräckligt stort, allt för att undvika överhettning. Det går att ansätta randvillkor, som exempelvis "visa alla noder där spänningsfallet är större än 300 mV". Alla resultat visas som såväl intuitivt lättförståeliga färgbilder som i kalkylark.
För avkopplingskondensatorerna görs därefter en AC-analys, som inte bara avgör hur många och hur stora avkopplingskondensatorer som krävs, utan också var de bör placeras för att minimera de strömspikar och brus som kan orsakas av signalförändringar. Användaren kan experimentera och se vad som händer för olika nät med olika placeringar av kondensatorerna, och hela tiden se grafiskt hur bruset sprids från strömmatningsben och viahål.
Det handlar om ganska beräkningsintensiva algoritmer, vilket gör programkörningarna tämligen tunga. En DC-analys tar enligt John Isaac mellan 10 och 30 minuter beroende på konstruktionens storlek, medan en AC-analys kan ta betydligt längre tid.
Belöningen kan dock bli stor. Produkten kan göras betydligt billigare, bland annat genom att minimera antalet nödvändiga kondensatorer, samt genom att får ner kretskortets storlek och antal lager. Därtill ökar tillförlitligheten då man som konstruktör får bättre kontroll på strömmatningen.
Föregångaren, Hyperlynx SI, har blivit en av Mentors storsäljare och står enligt företaget för 45 procent av världsmarknaden för verktyg för signalintegritet. John Isaac hyser inga tvivel om att Hyperlynx PI kommer att nå lika stor spridning.
