PCB Güç Bütünlüğü: İki Güç Analizörüyle STM32MP215F-DK (MB2059) PDN'inin DC PI Analizi
KiPI ve FYPA, ikisi de çok iyi olan iki açık kaynaklı güç bütünlüğü analizörüdür. Drew Maatman tarafından sürdürülen KiPI (github.com/drewsum/KiPI) KiCad odaklıdır ve ODB++ da okur; bu yüzden Tomachie akışını bu araçlarda hata ayıklamanın ve doğrulamanın temeli oldu. anarthrous-eda tarafından sürdürülen FYPA (github.com/anarthrous-eda/FYPA) Altium odaklıdır.
STMicroelectronics'in MB2059 PCB'sini kullandık, çünkü hem Altium .PcbDoc hem de ODB++ çıktısı mevcut. ODB++'ı Tomachie pdn.json ile birlikte KiPI'ye verdik; FYPA ise .PcbDoc'u aynı Tomachie pdn.json ile kullandı.
Bu çalışmanın amacı hangisinin daha iyi olduğunu belirlemek değil, doğrulama elde etmek ve hem iki araçtaki hem de Tomachie'deki hataları bulmaktı. Sonuçta her ikisine de upstream düzeltmeler katkıladık: KiPI'ye birleştirilmiş altı pull request ve FYPA'ya bir tane; sonuçları da burada paylaşıyoruz. Farklı çözücüler ve farklı PCB verileri (ODB++ ve .PcbDoc) kullanmalarına rağmen, ikisi artık her rayda 0,2 mV içinde uyuşuyor.
Tomachie, MB2059 şemasını ve veri sayfalarını okudu ve tek bir güç ağacı dosyası yazdı: her ray, regülatörü, regülatörün çıkış toleransı, her yükün pinleri ve maksimum akımı ve her yükün veri sayfasının izin verdiği minimum besleme gerilimi. Ardından KiPI ve FYPA bu aynı dosyayı kartın kendi bakırı üzerinde çözdü.
Her yerde en kötü durum: her regülatör veri sayfasındaki çıkış bandının alt ucunda, her yük maksimum akımında, USB girişi minimumunda. Her ray için soru, yükün pinlerindeki gerilimin o yükün veri sayfasındaki minimumun üstünde kalıp kalmadığıdır.
STM32MP215F-DK (MB2059) Tam Raporu
Ray ray DC PI sonuçları
| Ray | Nominal (V) | Regülatör alt ucu (V) | En kritik yük | Yük minimumu (V) | KiPI (V) | FYPA (V) | KiPI − FYPA (mV) | Pay (mV) | Sonuç |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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: düşük pay |
| VDDA1V8_AON | 1.80 | 1.7280 | U7 STM32MP215 | 1.710 | 1.7272 | 1.7271 | +0.1 | +17.1 | PASS FYPA: düşük pay |
| 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 |
Pay = çözülen iki gerilimden düşük olanı eksi yükün veri sayfasındaki minimum. FYPA, payı rayın nominal değerinin %1'inden az olan yükü işaretler (varsayılan ayarı); KiPI gerilimi ve boşluğu uyarı bandı olmadan raporlar.
Yük minimumları: STM32MP215 Tablo 17 s. 87; Micron MT53E LPDDR4 VDD1 / VDD2; LAN8742A 3,3 V çalışma. Regülatör bantları: STPMIC2 çıkış doğruluğu (±%1,5 buck, ±%4 LDO1, ±%2 LDO2 / 5 / 6), 3V3 için ST1S31.
Tablo neyi gösteriyor
İki güç analizörü her rayda 0,2 mV içinde uyuşuyor. Ortak çözücü kodları yok; uyum, ikisinin de aynı güç ağacını ve aynı bakırı okumasından geliyor.
Her payın büyük kısmını bakır değil regülatör toleransı alıyor. 1,8 V LDO ±%4 olarak belirtilmiş, bu yüzden alt ucu (1,728 V) daha hiç bakır hesaba katılmadan STM32MP215'in 1,71 V minimumunun yalnızca 18 mV üstünde. Kartın bakırı bundan yaklaşık 2 mV alıyor (0,5 mV'u toprak dönüş yolunda) ve 16–17 mV bırakıyor: FYPA'nın %1 çizgisinin altında, regülatör seçimi için doğru bir uyarı. VDDCORE milivolt cinsinden en küçük paya sahip (11,4 mV) ve ikisinde de geçiyor, çünkü bu 0,82 V'un %1,4'ü.
Karttaki en büyük bakır düşümü 3V3 üzerinde: LAN8742A Ethernet PHY en kötü çalışma noktasında 139 mA çekiyor (trafikli 10BASE-T, Ethernet transformatöründen geçen gönderme akımı, veri sayfası Tablo 5-5 s. 105) ve bunun 93 mA'i L4 ferritinden analog besleme pinlerine akıyor. Bu yol 48 mV düşürüyor ve U15'te 3,0 V minimuma karşı 3,104 V bırakıyor. 3V3 üzerindeki her yük bir veri sayfası akımı taşıyor: toplam 213,6 mA.
Önce DC PI, sonra AC PI
Bu DC PI: en kötü durum akımındaki gerilim düşümü, her rayın önce geçmesi gereken test. AC PI, yük basamakları ve dekuplaj için PDN empedansını frekansa göre bir hedef empedansla karşılaştırır. KiPI PDN empedansını da tarayabilir; bu kartın AC PI analizi bir sonraki adım.
Raporlar
- KiPI raporu, maksimum akım · 36 MB, bağımsız HTML
- KiPI raporu, tipik akım · 36 MB
- FYPA raporu, maksimum akım · 1,7 MB
- FYPA raporu, tipik akım · 1,7 MB
- Dört raporun tamamı · zip, 32 MB
Drew Maatman tarafından sürdürülen KiPI: KiCad için açık kaynaklı güç bütünlüğü analizörü
anarthrous-eda tarafından sürdürülen FYPA: Altium için açık kaynaklı DC güç bütünlüğü aracı