电源的信号完整性仿真中 Sigrity电容模型应用与管理指导

　　在进行AC阻抗分析、去耦电容方案优化、同步开关噪声（SSN）分析等电源完整性仿真或Power-Aware信号完整性仿真中，需要设置各种电容型号的模型，模型种类一般包括只有一个容值的理想电容模型、包含RLC寄生参数值的一阶SPICE模型、更复杂的多阶SPICE模型以及宽带S参数模型，模型的精确性依次升高。在进行仿真前，需要尽可能地找到与你仿真电源、电路相关的所有电容型号模型，才能得到一个更具参考价值的仿真结果。

　　理想电容模型是最容易定义的一种模型，只要知道你的设计容值即可，但该种模型并不能准确描述电容的宽带行为，表现不出谐振特性，仿真结果不具备很好的参考价值；一阶SPICE模型常常在找不到多阶SPICE模型和S参数模型时使用，很多公司有各种不同容值不同封装大小电容的RLC参数表，可以根据查表估算模拟；多阶SPICE和S参数模型往往是电容厂商提供，可以到他们的官网搜索对应型号下载。一些公司也会制作电容测量系统自己得到S参数模型，这种方式虽然成本很高，但像一些国产电容一般原厂拿不到模型用，只能自己测或者使用简单RLC模型模拟，另外自己测量得到的电容模型更加接近真实使用环境，比如包括安装效应。总结一下，使用电容原厂提供的S参数或SPICE模型，是既方便快捷又保证精确性的方法；如果没有，可以使用一阶RLC模型代替，牺牲一定的精确性，但结果也具有参考价值；还可以制作测试板等测量系统自己测电容的S参数，花些成本与时间来保证最高精度。

　　除了选择电容模型，还有另外一件困扰工程师的事情，就是在拿到模型后，如何很好地在仿真软件中应用和管理，下面以Sigrity PowerSI为例，说明针对上述电容模型，如何实现创建、导入、应用、管理等操作。Sigrity的其它PI软件和模型抽取软件如OptimizePI、Clarity 3D Solver，使用方法上基本一致。这里要特别提一点，在安装完成Sigrity软件后，提供了如下图所示的多家电容厂商电容模型库，里面有SPICE模型也有S参数模型，默认路径在《Sigrityxxxx_install》\share\library\decap_library。

　　

　　Sigrity中添加、导入、应用电容模型的方式主要有两种，一种是在Component Manager器件管理器中进行操作，一种是在Sigirty统一的模型管理模块AMM中操作，具体地，参考下面的步骤。

　　01 通过Component Manager器件管理器进行

　　1） 打开Component Manager，选择一个电容模型或者一个电容器件，点击edit

　　

　　2） 打开编辑该Model或该电容器件的Model

　　

　　3） 在Model编辑界面，创建或导入去耦电容模型的方法如下

　　a. 一阶RLC模型：在Definition界面按照语法规则手动输入电容的寄生参数

　　

　　也可以简单地只输入电容的容值，即为理想电容；或输入更复杂拓扑的SPICE描述电路，来定义多阶SPICE模型，当然多阶SPICE一般很难自己定义，还是建议拿到厂商提供的SPICE导入。

　　b. S参数模型（.s2p）：在Definition界面按照语法规则输入电容S参数模型的调用指令

　　

　　“Model =”后面加的是模型完整路径。

　　

　　S参数电容模型分串联（Series）和并联（Shunt）测量两种（Sigirty安装目录中的电容模型均为串联），节点与port的连接语法见下表。

　　

　　上面两种在Definition中编辑完成后，点击OK，会弹出一个对话框，表示该类电容的模型全部定义成功，点击OK即可。

　　

　　c. SPICE模型（.ckt/.mod/.sp等）：如果是SPICE的电容模型文件，可以通过右侧Model File栏进行导入

　　

　　

　　Type选择MCP，点击Select MCP，打开编辑窗口

　　

　　选择导入的SPICE文件，.ckt/.sp模型直接识别，.mod模型需要选择All Files来识别。然后点击Edit Header按钮，打开MCP Header Editor。

　　

　　

　　

　　添加一个MCP的连接端口，分别将模型中的Port1和2设置为电源与地。设置完成后，点击OK，回到MCP Editor界面，MCP的连接端口出现，此时将器件的端口与模型刚设置的连接端口互连，这样就完成了基于MCP的SPICE模型的定义。

　　

　　

　　点击OK后，回到Model编辑界面，可以看到.mod的SPICE模型已经通过MCP的连接端口连到电容上了，点击OK即可。

　　

　　同样的，所有同类电容全部附上了该SPICE模型。

　　

　　02 通过AMM模型管理模块实现电容库中模型的导入与使用

　　1） 在PowerSI流程界面，点击Assign Capacitor Models，打开AMM的Model Assignment界面，选中一个要附模型的电容，点击Browse Model → OK ，然后就打开了AMM管理器

　　

　　

　　2） 选择菜单栏Library – Load Library，导入Sigirty安装目录中的各厂家的电容库

　　

　　

　　找到Sigrity电容库的路径，选择一个厂家的电容库文件夹打开，选择.xml等格式的模型库头文件，即可打开对应的模型库。

　　选择Discrete中Capacitor一栏，点击库名字，所有的电容模型就会显示在右侧主窗口。

　　

　　3） 可以使用查找功能，根据容值、封装SIZE等在该库中找到想要的电容。

　　

　　可以使用查找功能，根据容值、封装SIZE等在该库中找到想要的电容，点击Search后，所有满足条件的电容会列出来，选择其中一个电容，点击Select，跳转到Model Assignment界面，显示该类所有电容已经附上这个模型了，status一列显示为绿色Validated字样，表示模型附成功了，点击OK即可。.ckt、.mod、.s2p等各种格式的电容模型均可以通过该方式实现导入与使用。

　　

　　

　　03 在AMM中创建一个自己的电容库

　　1） 打开DecapGenerator.exe，具体路径在Cadence – Sigrity xxxx – tools – bin文件夹中

　　

　　2） 打开后在Source File一栏导入库头文件的.xls模板表格（默认模板表的路径在Cadence – Sigrity xxxx – share– SpeedXP – Samples – OptimizePI – Decap_Generator）

　　

　　在Destination File一栏中选择你要将转换后的.ammx/.amm文件保存在哪里，并定义文件名称，然后选择头文件中你要使用的项目（一般默认即可），最后点击Convert，即可将.xls格式转换为AMM模型管理器可以调用的.ammx/.amm格式的文件。

　　

　　3） 打开AMM模型管理器，选择Load Library，找到刚才转换的.ammx/.amm文件，导入后如下图。

　　

　　4） 可以将不需要的模型删除，添加自己的模型有两种方式。

　　a. 直接在窗口新建与编辑导入

　　

　　

　　可以使能By RLC，参数化设置RLC三个寄生参数值，定义一个一阶RLC模型；也可以使能By SPICE，选择Edit SPICE按钮，打开电路定义编辑界面，在这里可以直接导入S参数模型或多种格式的SPICE模型。

　　b. 选择External Libraries，可以导入Sigrity安装路径下的各电容库，也可导入其他项目的电容库，作为external库使用。

　　

　　导入打开external库后，可以在库中查找想要的模型，选中该模型右键，copy to project library将该模型添加到自己的库中。

　　

　　

　　编辑好自己的库所有模型后，保存即可。项目中如果要使用该库，通过AMM或流程中Assign Capacitor等方式打开模型管理器导入使用即可，附模型操作参照上面所述。

　　

　　以上比较完整地介绍了Sigrity中电容模型的使用方法，灵活选用设置方式可以大大提高我们的SI/PI/EMC仿真效率，希望本篇文章可以对仿真工程师的项目有所帮助。