Tomachie

Проверка проекта промышленного уровня для каждой платы.

Отправить Примеры Как это работает Конфиденциальность О сервисе Статистика Отзывы Блог
← Назад в блог

Целостность питания печатной платы: DC PI сети PDN STM32MP215F-DK (MB2059) двумя анализаторами питания

KiPI и FYPA — два анализатора целостности питания с открытым исходным кодом, и оба очень хороши. KiPI, который поддерживает Drew Maatman (github.com/drewsum/KiPI), ориентирован на KiCad и также читает ODB++, поэтому он стал основой для отладки и проверки маршрута Tomachie в эти инструменты. FYPA, который поддерживает anarthrous-eda (github.com/anarthrous-eda/FYPA), ориентирован на Altium.

Мы взяли плату MB2059 от STMicroelectronics, потому что для неё есть и Altium .PcbDoc, и выгрузка ODB++. ODB++ мы подали в KiPI вместе с pdn.json от Tomachie, а FYPA использовал .PcbDoc с тем же pdn.json от Tomachie.

Цель упражнения была не в том, чтобы выяснить, какой инструмент лучше, а в том, чтобы получить проверку и найти ошибки в обоих инструментах, а также в Tomachie. В результате мы передали исправления в оба проекта: шесть принятых pull request в KiPI и один в FYPA, а результаты публикуем здесь. Несмотря на разные решатели и разные данные платы (ODB++ и .PcbDoc), оба теперь совпадают в пределах 0,2 мВ на каждой шине.

Tomachie прочитал схему MB2059 и даташиты и записал один файл дерева питания: каждую шину, её регулятор, допуск выходного напряжения регулятора, выводы и максимальный ток каждой нагрузки и минимальное напряжение питания, которое допускает даташит каждой нагрузки. Затем KiPI и FYPA рассчитали этот же файл на меди самой платы.

Везде худший случай: каждый регулятор на нижней границе выходного диапазона по даташиту, каждая нагрузка на максимальном токе, вход USB на минимуме. Вопрос для каждой шины: остаётся ли напряжение на выводах нагрузки выше минимума из её даташита.

Результаты DC PI по шинам

ШинаНоминал (В)Нижняя граница регулятора (В)Самая критичная нагрузкаМинимум нагрузки (В)KiPI (V)FYPA (V)KiPI − FYPA (мВ)Запас (мВ)Результат
VDDCORE0.820.8077U7 STM32MP2150.7920.80340.80340.0+11.4PASS
VDDCPU0.800.7880U7 STM32MP2150.7680.78610.78610.0+18.1PASS
VDD2_DDR1.101.0835U7 STM32MP2151.0601.07931.0795−0.2+19.3PASS
VDD1_DDR1.801.7280U8 LPDDR41.7001.72731.7271+0.2+27.1PASS
VDDA1V81.801.7280U7 STM32MP2151.7101.72621.7260+0.2+16.0PASS FYPA: малый запас
VDDA1V8_AON1.801.7280U7 STM32MP2151.7101.72721.7271+0.1+17.1PASS FYPA: малый запас
VDDIO3.303.2300U7 STM32MP2152.7003.22823.2281+0.1+528.1PASS
3V33.303.1530U15 LAN8742A3.0003.10433.1042+0.1+104.2PASS

Запас = меньшее из двух рассчитанных напряжений минус минимум из даташита нагрузки. FYPA отмечает нагрузку, запас которой меньше 1 % номинала шины (его настройка по умолчанию); KiPI сообщает напряжение и запас без полосы предупреждения.

Минимумы нагрузок: STM32MP215 таблица 17 с. 87; Micron MT53E LPDDR4 VDD1 / VDD2; LAN8742A работа от 3,3 В. Диапазоны регуляторов: точность выхода STPMIC2 (±1,5 % понижающие преобразователи, ±4 % LDO1, ±2 % LDO2 / 5 / 6), ST1S31 для 3V3.

Что показывает таблица

Два анализатора питания совпадают в пределах 0,2 мВ на каждой шине. У них нет общего кода расчёта; совпадение получается потому, что оба читают одно и то же дерево питания и одну и ту же медь.

Большую часть каждого запаса съедает допуск регулятора, а не медь. LDO на 1,8 В имеет допуск ±4 %, поэтому его нижняя граница (1,728 В) лишь на 18 мВ выше минимума 1,71 В у STM32MP215 ещё до учёта меди. Медь платы забирает из этого около 2 мВ (0,5 мВ из них в обратном пути по земле) и оставляет 16–17 мВ: ниже линии 1 % у FYPA, то есть верное предупреждение о выборе регулятора. У VDDCORE самый малый запас в милливольтах (11,4 мВ), и она проходит в обоих, потому что это 1,4 % от её 0,82 В.

Наибольшее падение на меди платы — на 3V3: Ethernet PHY LAN8742A потребляет 139 мА в худшей рабочей точке (10BASE-T с трафиком, ток передачи через Ethernet-трансформатор, даташит таблица 5-5 с. 105), из которых 93 мА идут через ферритовую бусину L4 к его аналоговым выводам питания. Этот путь теряет 48 мВ, и на U15 остаётся 3,104 В при минимуме 3,0 В. У каждой нагрузки на 3V3 задан ток из даташита: всего 213,6 мА.

Сначала DC PI, затем AC PI

Это DC PI: падение напряжения при токе худшего случая, которое каждая шина должна пройти первым. AC PI рассматривает импеданс PDN по частоте относительно целевого импеданса, для скачков нагрузки и развязки. KiPI также умеет снимать частотную характеристику импеданса PDN; AC PI этой платы — следующий шаг.

Отчёты

KiPI, который поддерживает Drew Maatman: анализатор целостности питания для KiCad с открытым исходным кодом

FYPA, который поддерживает anarthrous-eda: инструмент анализа целостности питания по постоянному току для Altium с открытым исходным кодом