PCB 전원 무결성: 두 전원 분석 도구로 본 STM32MP215F-DK (MB2059) PDN의 DC PI
KiPI와 FYPA는 둘 다 매우 뛰어난 두 가지 오픈 소스 전원 무결성 분석 도구입니다. Drew Maatman이 유지 관리하는 KiPI(github.com/drewsum/KiPI)는 KiCad 중심이며 ODB++도 읽기 때문에, Tomachie에서 이 도구들로 이어지는 흐름을 디버그하고 검증하는 기반이 되었습니다. anarthrous-eda가 유지 관리하는 FYPA(github.com/anarthrous-eda/FYPA)는 Altium 중심입니다.
STMicroelectronics의 MB2059 PCB를 사용한 이유는 Altium .PcbDoc와 ODB++ 출력이 모두 제공되기 때문입니다. KiPI에는 ODB++와 Tomachie pdn.json을 입력했고, FYPA는 .PcbDoc와 같은 Tomachie pdn.json을 사용했습니다.
이 작업의 목적은 어느 쪽이 더 나은지 가리는 것이 아니라, 검증을 얻고 두 도구와 Tomachie의 오류를 찾는 것이었습니다. 그 결과 두 프로젝트 모두에 수정 사항을 업스트림으로 기여했습니다. KiPI에 병합된 풀 리퀘스트 6건, FYPA에 1건이며, 그 결과를 여기서 공유합니다. 서로 다른 솔버와 서로 다른 PCB 데이터(ODB++와 .PcbDoc)를 사용하는데도, 이제 두 도구는 모든 레일에서 0.2 mV 이내로 일치합니다.
Tomachie가 MB2059 회로도와 각 데이터시트를 읽고 하나의 전원 트리 파일을 작성했습니다. 각 레일, 그 레귤레이터, 레귤레이터의 출력 허용 오차, 각 부하의 핀과 최대 전류, 그리고 각 부하의 데이터시트가 허용하는 최소 공급 전압입니다. 이어서 KiPI와 FYPA가 같은 파일을 보드 자체의 구리 위에서 해석했습니다.
모든 것을 최악 조건으로 했습니다. 각 레귤레이터는 데이터시트 출력 범위의 하한, 각 부하는 최대 전류, USB 입력은 최솟값입니다. 레일마다의 질문은 부하 핀의 전압이 그 부하의 데이터시트 최솟값보다 높게 유지되는가입니다.
STM32MP215F-DK (MB2059) 전체 보고서
레일별 DC PI 결과
| 레일 | 설정값 (V) | 레귤레이터 하한 (V) | 가장 취약한 부하 | 부하 최솟값 (V) | KiPI (V) | FYPA (V) | KiPI − FYPA (mV) | 마진 (mV) | 판정 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VDDCORE | 0.82 | 0.8077 | U7 STM32MP215 | 0.792 | 0.8034 | 0.8034 | 0.0 | +11.4 | PASS |
| VDDCPU | 0.80 | 0.7880 | U7 STM32MP215 | 0.768 | 0.7861 | 0.7861 | 0.0 | +18.1 | PASS |
| VDD2_DDR | 1.10 | 1.0835 | U7 STM32MP215 | 1.060 | 1.0793 | 1.0795 | −0.2 | +19.3 | PASS |
| VDD1_DDR | 1.80 | 1.7280 | U8 LPDDR4 | 1.700 | 1.7273 | 1.7271 | +0.2 | +27.1 | PASS |
| VDDA1V8 | 1.80 | 1.7280 | U7 STM32MP215 | 1.710 | 1.7262 | 1.7260 | +0.2 | +16.0 | PASS FYPA: 낮은 마진 |
| VDDA1V8_AON | 1.80 | 1.7280 | U7 STM32MP215 | 1.710 | 1.7272 | 1.7271 | +0.1 | +17.1 | PASS FYPA: 낮은 마진 |
| VDDIO | 3.30 | 3.2300 | U7 STM32MP215 | 2.700 | 3.2282 | 3.2281 | +0.1 | +528.1 | PASS |
| 3V3 | 3.30 | 3.1530 | U15 LAN8742A | 3.000 | 3.1043 | 3.1042 | +0.1 | +104.2 | PASS |
마진 = 두 해석 전압 중 낮은 값에서 부하의 데이터시트 최솟값을 뺀 값. FYPA는 마진이 레일 공칭값의 1 % 미만인 부하에 플래그를 표시하며(기본값), KiPI는 경고 대역 없이 전압과 여유를 보고합니다.
부하 최솟값: STM32MP215 표 17 p. 87; Micron MT53E LPDDR4 VDD1 / VDD2; LAN8742A 3.3 V 동작. 레귤레이터 범위: STPMIC2 출력 정확도(buck ±1.5 %, LDO1 ±4 %, LDO2 / 5 / 6 ±2 %), 3V3는 ST1S31.
표가 보여 주는 것
두 전원 분석 도구는 모든 레일에서 0.2 mV 이내로 일치합니다. 솔버 코드는 공유하지 않으며, 일치하는 이유는 둘 다 같은 전원 트리와 같은 구리를 읽기 때문입니다.
각 마진의 대부분은 구리가 아니라 레귤레이터 허용 오차가 차지합니다. 1.8 V LDO는 ±4 %로 규정되어 있어, 구리를 고려하기 전부터 그 하한(1.728 V)이 STM32MP215의 최솟값 1.71 V보다 18 mV 높을 뿐입니다. 보드 구리가 그중 약 2 mV(그중 0.5 mV는 접지 귀환 경로)를 가져가고 16–17 mV가 남습니다. FYPA의 1 % 선 아래로, 레귤레이터 선택에 대한 올바른 지적입니다. VDDCORE는 밀리볼트 기준 마진이 가장 작지만(11.4 mV) 0.82 V의 1.4 %이므로 두 도구 모두에서 통과합니다.
보드에서 가장 큰 구리 전압 강하는 3V3에 있습니다. LAN8742A 이더넷 PHY는 최악 동작점(트래픽이 있는 10BASE-T, 이더넷 트랜스포머를 통한 송신 전류, 데이터시트 표 5-5 p. 105)에서 139 mA를 소비하며, 그중 93 mA가 페라이트 비드 L4를 거쳐 아날로그 전원 핀으로 흐릅니다. 이 경로에서 48 mV가 강하되어 U15에는 최솟값 3.0 V에 대해 3.104 V가 남습니다. 3V3의 모든 부하에는 데이터시트 전류가 설정되어 있으며 합계는 213.6 mA입니다.
DC PI 먼저, 그다음 AC PI
이것은 DC PI, 즉 최악 조건 전류에서의 전압 강하로, 모든 레일이 먼저 통과해야 하는 조건입니다. AC PI는 부하 스텝과 디커플링을 위해 PDN 임피던스의 주파수 특성을 목표 임피던스와 비교합니다. KiPI는 PDN 임피던스 스윕도 할 수 있습니다. 이 보드의 AC PI는 다음 단계입니다.
보고서
- KiPI 보고서, 최대 전류 · 36 MB, 단독 HTML
- KiPI 보고서, 일반 전류 · 36 MB
- FYPA 보고서, 최대 전류 · 1.7 MB
- FYPA 보고서, 일반 전류 · 1.7 MB
- 네 보고서 모두 · zip, 32 MB