PCB 電源完整性：以兩套電源分析工具完成 STM32MP215F-DK (MB2059) PDN 的 DC PI 分析

文章 · 2026 年 11 月 13 日

KiPI 與 FYPA 是兩套開源電源完整性分析工具，而且都非常出色。KiPI 由 Drew Maatman 維護（github.com/drewsum/KiPI），以 KiCad 為主，也能讀取 ODB++，因此成為除錯與驗證 Tomachie 導入這些工具之流程的基礎。FYPA 由 anarthrous-eda 維護（github.com/anarthrous-eda/FYPA），以 Altium 為主。

我們選用 STMicroelectronics 的 MB2059 PCB，因為它同時提供 Altium .PcbDoc 與 ODB++ 輸出。我們把 ODB++ 與 Tomachie 的 pdn.json 一起輸入 KiPI；FYPA 則使用 .PcbDoc 與同一個 Tomachie pdn.json。

這項工作的目的不是判斷哪套工具比較好，而是取得驗證，並找出兩套工具以及 Tomachie 中的錯誤。結果我們向兩個專案的上游都貢獻了修正：KiPI 合併了 6 個拉取請求，FYPA 合併了 1 個，並在這裡分享結果。儘管使用不同的求解器與不同的 PCB 資料（ODB++ 與 .PcbDoc），兩者現在在每條電源軌上的結果相差都不超過 0.2 mV。

Tomachie 讀取了 MB2059 的電路圖與各元件規格書，產生一個電源樹檔案：每條電源軌、其穩壓器、穩壓器的輸出容差、每個負載的接腳與最大電流，以及每個負載規格書允許的最低供電電壓。接著 KiPI 與 FYPA 在電路板本身的銅箔上求解同一個檔案。

全程採最壞情況：每個穩壓器取規格書輸出範圍的下限，每個負載取最大電流，USB 輸入取最低值。對每條電源軌要回答的是：負載接腳處的電壓是否仍高於該負載規格書規定的最低值。

STM32MP215F-DK (MB2059) 完整報告

DC PI 結果（逐條電源軌）

裕度 = 兩個求解電壓中較低者減去負載規格書的最低值。FYPA 會標示裕度低於電源軌標稱值 1 % 的負載（其預設值）；KiPI 回報電壓與餘裕，不設警告區間。

負載最低值：STM32MP215 表 17 第 87 頁；Micron MT53E LPDDR4 VDD1 / VDD2；LAN8742A 3.3 V 操作。穩壓器範圍：STPMIC2 輸出精度（buck ±1.5 %、LDO1 ±4 %、LDO2 / 5 / 6 ±2 %），3V3 為 ST1S31。

表格說明了什麼

兩套電源分析工具在每條電源軌上相差都不超過 0.2 mV。它們沒有共用任何求解程式碼；結果一致是因為兩者讀取的是同一個電源樹與同一片銅箔。

每條電源軌的裕度大多被穩壓器容差占用，而非銅箔。1.8 V LDO 的容差為 ±4 %，因此在計入銅箔之前，其下限（1.728 V）只比 STM32MP215 的最低值 1.71 V 高 18 mV。電路板銅箔再占用約 2 mV（其中 0.5 mV 在接地回流路徑上），剩下 16–17 mV：低於 FYPA 的 1 % 線，這是對穩壓器選型的正確提示。VDDCORE 的毫伏裕度最小（11.4 mV），但在兩套工具中皆通過，因為這相當於其 0.82 V 的 1.4 %。

板上最大的銅箔壓降出現在 3V3：LAN8742A 乙太網路 PHY 在最壞工作點（有流量的 10BASE-T，發送電流流經乙太網路變壓器，規格書表 5-5 第 105 頁）消耗 139 mA，其中 93 mA 經鐵氧體磁珠 L4 流向其類比電源接腳。這條路徑壓降 48 mV，U15 處剩 3.104 V，最低要求為 3.0 V。3V3 上每個負載都採用規格書電流：合計 213.6 mA。

先做 DC PI，再做 AC PI

這裡是 DC PI：最壞情況電流下的壓降，是每條電源軌必須先通過的一關。AC PI 則針對負載步階與去耦，檢視 PDN 阻抗隨頻率的變化並與目標阻抗比較。KiPI 也可以掃描 PDN 阻抗；這塊電路板的 AC PI 是下一步。

報告

• KiPI 報告，最大電流 · 36 MB，獨立 HTML
• KiPI 報告，典型電流 · 36 MB
• FYPA 報告，最大電流 · 1.7 MB
• FYPA 報告，典型電流 · 1.7 MB
• 全部四份報告 · zip，32 MB

由 Drew Maatman 維護的 KiPI：KiCad 的開源電源完整性分析工具

由 anarthrous-eda 維護的 FYPA：Altium 的開源直流電源完整性工具