利用PowerSI的电源完整性仿真案例（2）

在上一期中，我们介绍了噪声耦合分析（Noise Coupling Analysis）的基础工作流。本期我们将继续利用PowerSI仿真平台，基于官方样例模型（psi_brd_PDS design_Decap_stage1.spd 与 stage2.spd），通过多阶段的仿真对比，量化分析去耦电容布局对电源分配网络（PDN）谐振特性的影响，进而确立科学的电容优化设计准则。

stage1仿真与结果

这里用到的模型是官方样例psi_brd_PDSdesign_Decap_stage1.spd，该模型相较于无电容（NoCaps）模型，已在特定位置（白圈标注处）预置了去耦电容。

器件参数核查：通过Setup > Component Manager 可查阅器件属性，以右上角4颗电容为例，具体容值分别为：220pF（2颗）、180pF（1颗）及330pF（1颗）。

选择工作流，切换至噪声耦合分析，进行仿真。

点击Show Peak > Play > （等待动画结束）Show Peak，仿真结果如下图

在结果界面，利用Show Peak 动画功能捕捉电压峰值分布，得到关键数据：在600MHz频率下，3D电压分布显示最大峰值电压为 89.66 mV；在1MHz低频段，峰值电压为 311.3 mV。

切换至2D视图（频域曲线图）：

在左下角Loaded Curves中，导入之前的Nocaps的仿真结果（2D视图），可以得到对比结果：

可以看到纹波位置发生了改变，分别位于110MHz和461MHz，第一谐振峰值为0.06，第二谐振峰值降低至0.16。

stage2 仿真与结果

为了验证电容布局的优化效果，引入psi_brd_PDSdesign_Decap_stage2.spd 模型进行对比分析。Stage 2模型在Stage 1的基础上，进一步在右下角和左上角（白圈标注处）增加了新的去耦电容，共8个。

导入psi_brd_PDSdesign_Decap_stage2.spd

切换工作流至噪声耦合分析，再开始仿真。

Show Peak > Play > （等待动画结束）Show Peak，仿真结果如下图:

导入之前的Nocaps和stage1仿真结果（2D视图）作对比，发现峰值电压由最高的440mV、310mV降低到现在的115mV。

切换至2D曲线图并且导入之前的Nocaps和stage1曲线图，结果如图：5mV

可以看到第一谐振降低至0.05，位于167MHz；第二谐振点为0.13，位于565MHz。

对比结果

3D空间分布对比：

NoCaps模型：峰值电压高达 440 mV。

Stage 1模型：峰值电压降至 311 mV。虽然较基准有显著改善，但局部区域仍存在明显纹波。

Stage 2模型：峰值电压进一步大幅降低至 115 mV。

结论：增加电容数量并优化布局能有效抑制电源平面上的电压波动，显著降低谐振能量。

2D频域响应特性分析：

通过加载不同阶段的仿真曲线（Loaded Curves），可观察到频域特性的具体演变：

谐振峰位移：引入电容后，第一谐振峰频率发生偏移（由低频段向高频段移动），且幅值显著衰减。

Stage 1频域表现：第一谐振峰值为 0.06（约110MHz），第二谐振峰值为 0.16（约461MHz）。

Stage 2频域表现：第一谐振峰值进一步降低至 0.05 （167MHz），第二谐振峰值为 0.13（565MHz）。

结论

结果表明，科学的去耦电容布局不仅能降低特定频率点的电压纹波，更能通过改变谐振模态，全面提升电源分配网络的高频性能。在实际工程设计中，通过仿真手段，可对谐振热点区域进行针对性的电容补强。