SIwave 是一种电源完整性和信号完整性工具。本文的重点是 Resonant 模式求解器。
进行谐振计算的主要原因是确定 Powerplane 中 Cap 去耦的最佳位置。Powerplane 的大小由最大预期电流和允许的最大电压降决定。然而，即使是最好的设计也没有足够的电容来将宽带频谱的阻抗保持在低值。功率平面的频谱来自电流脉冲。Powerplane 需要解耦上限以将其带宽扩展到更多。
图 1：Rosanant 模式求解器图标
SIwave 不应用于构建 PCB。虽然这是可能的，但这不是使用 SIwave 的最佳方式。SIwave 可以导入以下类型的 CAD 文件：
图 2：SIwave 中的“导入”对话框
SIwave 从 CAD 文件中提取不同的信息：例如，叠层、材料、组件和网络。
SIwave： DC、PI、SI 或辐射中的任何过程都从选择求解器开始。然后，SIwave 会生成一个看起来像表单的对话框。用户需要检查表单并填写缺失的信息。
例如，选择谐振模式求解器后，会弹出一个简单的对话框，用户可以在其中输入感兴趣的最小/最大频率和模式数量。可以选择其他求解器选项来调整求解器的精度。
图 3：谐振模式求解器设置
从另一篇博客中讨论的 PI 分析来看，Z11 图揭示了所有谐振模式。在研究 Z11 曲线时，强烈建议包括 VRM 的影响并从负载侧读取阻抗。这是研究 powerplane 的正确方法。
在下图中，在功率平面 0.2065V 处存在谐振。为了抑制这个峰值，需要添加去耦电容。但在哪里呢？哪些值和多少值？谐振模式求解器回答了第一个问题。
图 4：没有上限的 PI 结果
谐振的定义是阻抗非常高的频率，但物理上它是什么意思呢？对于使用天线的人来说，这意味着在这个频率下，电源平面成为完美的天线;它向外辐射大量能量，并且还接受来自该频率的外部的任何信号。您以该频率注入的任何东西都不会到达另一侧。因此，如果突然需要大量电流，系统将无法提供。这是它应该被压制的另一个原因。
- 检查解决方案：
- 显示器谐振
解决方案完成后，用户将获得所选频段中 PCB 中所有谐振的列表。实部代表谐振频率，虚部代表谐振或衰减因子的损失。k 是特征数，等于自由空间中的谐振频率乘以 2PI/光速，大约是谐振频率（以 GHz 为单位）的 20.954 倍。波长是空气中的波长，Q 是衡量谐振尖锐程度的量度，它等于谐振频率/虚部的 2 倍。
其中一些 Resonance 很强，而另一些则很弱。但是哪一个属于 1.2V 电源平面呢？知道的唯一方法是将它们全部绘制出来。
图 5：不带大写字母的 Resonance 列表
重要的是要了解 Resonance 存在于 powerplanes 和 ground（返回路径）之间。SIwave 仅绘制层之间的 Resonance。因此，用户需要选择绘制两层之间的电压：一层是 powerplane 所在的层，另一层是接地层。对具有 ground 的每个图层重复此操作。对具有 Powerplanes 的每个图层重复此操作。
对于每个集合，SIwave 会计算所选两个层之间所有 Resonance 的场。然后，用户必须单独浏览它们才能看到他们属于哪个 powerplane。
图 6：没有大写字母和场的 Resonance 列表
第二个谐振在 0.2078 处是红色的。这是 1.2 伏动力飞机中的真正共振。走得更多，什么都没有，第六个也是谐振，但不在 1.2 伏动力平面中，而是在另一个 3.3 伏特中。这就是用户识别真实 Resonance 的方式。
查看第六个图标并制作动画，可以看到 Resonance 在左上角和左下角达到最大值。旋转以 3D 方式查看事物。去耦帽应放置在左上角和左下角。
图 7：3.3 伏电源层中谐振的 3D 图。
回到 Resonance 的第二个问题。它与 Z11 图中的图相匹配。这种共振覆盖了整个动力平面。因此，需要在 powerplane 内部放置去耦帽。
图 8：0.2V 电源层中的 1.2GHz 谐振。
图 9：0.2V 电源平面中的 1.2GHz 谐振（3D 图）。
在 Powerplane 内部和周围添加电容器，然后重新运行 PI。从绘制 Z11 开始，0.206GHz 的谐振从 21Ohm 抑制到 0.132Ohm。任务完成
图 10：电容的 PI 响应
谐振图显示了与没有电容的红色区域相比，0.2GHz 时的红色区域有多小。请注意，红色区域始终为 1Volt。所以所有的谐振都归一化为 1Volt。这就是为什么不能单独使用场图来判断谐振模式有多激进的原因。用户需要检查 Z11 图。
图 11：PI 图和列表中的谐振模式
请注意，Z11 曲线中有更多的谐振模式，因此 decoupling caps 增加了更多，但它们太小了。再次求解谐振模式求解器，但选择低频带，您将看到这些新模式。但从 Z11 和田间图中可以看出它们很小。
图 12：PI 图中的谐振模式和低频列表
我们在 Resonances 列表中看到一些非常接近的值。请记住，Resonance 并不总是与 Z 计算匹配。总是有一个小的增量，因为他们使用两种不同的技术来推导它们。这就是为什么需要同时关注它们。
Resonant Mode 解算器揭示了 Powerplanes 并确定放置 Deinsulated Cap 的最佳位置。
