[SI-LIST] Re: Decoupling capacitor inductance simulation, PDN decomposition

  • From: Istvan Novak <istvan.novak@xxxxxxxxxxx>
  • To: buenoshun@xxxxxxxxx, si-list@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Wed, 8 Aug 2018 09:36:03 -0400

Hi Istvan,

This is a tricky question.  As you know the basic SI rule, it is never a 
good idea to cut a structure for measurement or for simulations in the 
middle of discontinuities.  When we attempt to model only the mounting 
structure of a component by leaving the component itself out of the 
picture, the result will have no information about the coupling between 
your board or package model and the component you left out, leaving an 
uncertainty of the result when you try to merge the pieces.  As Scott 
pointed out, for high-frequencies, you just need the 'lower contour' of 
the current path in the capacitor to include in your composite geometry.

If you need to accuracy at higher frequencies, it is always a good idea 
to have something simple about your component in the model and cut the 
structure further away.

Regards,
Istvan Novak


On 8/8/2018 3:03 AM, Istvan Nagy wrote:
Hi,

We are trying to determine the inductance of decoupling capacitor 
mounting structures.

Should we simulate capacitor+via seen from the ASIC’s BGA ball, or 
capacitor+via seen from the power plane?

I would substitute a 0R short for the cap, and place the simulation 
ports on the plane layer underneath or on the BGA land pad. If we 
simulate caps from the plane, then we also simulate the BGA pads from 
the plane and add this  inductance to the excitation current source 
(that represents the ASIC chip) in the ADS. It may be good either way 
for small caps directly under the BGA on the bottom side, although 
I’m not sure. But what about somewhat larger capacitors on 
top/bottom outside the BGA area, far from ASIC power pins? Then we 
may get â€œfake” inductance due to the large distance from the BGA 
pads? I read somewhere that the capacitors have to have low 
inductance to the plane only, not relative to the ASIC power pin BGA 
balls, and ASIC to plane inductance is a separate thing. How is this 
really?

If we simulate from the plane, which plane? There might be 4 power 
planes and 8 gnd planes for the same rail.

Will any of this include the plane spreading inductance?



In an HFSS setup, I was thinking on having just a strip of copper on 
the plane layer for the simulation, to get the loop inductance 
without the plane capacitance and resonance that will be modeled 
separately. The point is to simulate different parts of the PDN 
separately, without overlapping effects between the sub-models. We 
would simulate each cap mounting type, the plane, the VRM (measured 
on eval board, not sim), the BGA-via…all separately in 3D, and then 
later plug the models together in an ADS schematics. Then we can vary 
one parameter and quickly re-run, for design optimization. For 
high-speed serdes signal channels people do decompositional analysis 
and plug the sub-models together, pretty common. I want to do the 
same for the PDN, but it’s a bit harder to separate the elements 
without overlapping effects.



Best regards,

Istvan Nagy

Hardware engineer





------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
                http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
        //www.freelists.org/archives/si-list
  Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
          http://www.qsl.net/wb6tpu




------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: