(四)使用POWERDC仿真出电热,显示板卡温度

记录,科技 2022-06-06 0 条评论 访问: 24,466 次

这是之前仿真出来的效果,因为没有选择风速以及没有加散热片,温度竟然到了二百,这次我们再重新仿真一下试试,和真正计算情况
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电热分析选的就是下面这个了,E-T->Electro-thermal_analysis
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其实这个结果应该是包含上一个的,这个层叠好好设置,要不然报错,不让仿真,虽然别的也需要好好设置,但是有点误差是没事的,因为总会是仿真出来效果差一些嘛,差就差呗,差的都满足情况了,更别说好点的了,但是这个热仿真的时候如果不填细致了会报错。
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接下来有关电的设置和之前一样,我们主要研究有关温度的设置,第一个是环境温度,一般就是设置25℃,第二个是设置风速,一般填个1m/s吧,其实要是有散热风扇就大得多了,还有风速单位是LFM是英尺每分钟。1英尺/分钟=304.8毫米/分钟=5.08500毫米/秒,500LFM的风速大概是2.5m/s的风速,
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选择生成热的器件,然后点右边这个地方把产生热的器件的高度填上
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注意高度和电源一定得填上,要不然高度是0就会默认没有热量,上面那个是标签,随便填个名字自己备注一下知道就行了,我一般填器件名字,
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这个地方我把除了FPGA和ADDA的删了吧,就留着这俩器件,这俩器件的功耗我比较清楚,其他的还要查和算,我怕不准确,我们尽量准确一点设计。并且在ckt type列有下拉菜单,主要有三种:pcb-comp,pkg和die。pkg和die都是针对芯片级的仿真,啊,所以我们默认选择PCB的仿真。
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然后点击下面这个界面,把芯片的热阻输入上。这个地方我们在最后普及一下热阻的知识,并且把芯片大概的功率输入上,
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一般我就默认热源均匀分布吧,有的可以把芯片厂的芯片热源资料传入到这个地方,
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接下来可以设置散热片不过这个我就不设置了,好像FPGA有单独的散热片的模型?因为本身带着一个薄薄的散热片,可能也算在上面的参数里面了,这个地方我们不追究了,按照这个算然后对比实际看看。
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点这个地方可以预览看看3D的图,给DA加了个小散热片。可以看看效果。
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设置完了,我们保存直接仿真吧,等结果ing。报错了,好像说电源没有回路,再检查一下,
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没有选上这个网络,再试试。
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仿真结果,可以看到板卡左边温度大概42℃,所以其实没有散热片根本不行,我们来算算这个温度对于FPGA来说是不是正常的,AD是83℃,DA加了散热片是76℃,
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也可以对比一下看之前的压降,好像这次压降变大了,或许是温度提高了吧
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也可以看3D图,蛮帅的样子。但是会卡住,有可能闪退,没事就别点了,也没啥用。
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3D的温度图,(到时候做毕设把左边这个条的温度显示P一下,再加点东西就能糊弄进去了)
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热阻参数一般包括结到空气、结到外壳和结到基板三个热阻θja、θjc和θjb。其定义参见图片,解释如下:
θja是结到周围环境的热阻,单位是°C/W。θJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性,通常辐射的影响可以忽略。θja专指自然条件下的数值。
θjb是指从结到电路板的热阻,它对结到电路板的热通路进行了量化。通常θJB的测量位置在电路板上靠近封装处。θJB包括来自两个方面的热阻:从IC的结到封装底部参考点的热阻,以及贯穿封装底部的电路板的热阻。
θjc是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。θJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。
因而在热仿真是需要看实际情况选定,一般选θjc比较多,场景是封装具有直接安装到PCB或者散热器的高导热封装。
FPGA的JA是1.9℃/W,JB是1.7℃/W,JC是0.1℃/W,查了一下手册。具体软件是怎么通过JC和JB算的温度的我也不太清楚,一般来说我们都是用JA算,但是JA这个参数是取决于环境温度以及散热片的,如果和手册给的环境大致相同就好。
然而,ThetaJA这个参数不仅仅是和封装相关的参数,还和系统级的设计诸如PCB板和散热片有着强相关,改变PCB的设计,板材,层数和覆铜,都会极大改变ThetaJA的值。因此,ThetaJA并非表征芯片封装热特性的参数,而是表征封装,PCB和其它环境因素综合的散热特性的参数。
用JA算的话,AD大概是25℃+25.3℃/W×3W,DA也是25℃+25.3℃/W×3W,这俩大概都是100℃左右,这个参数JA和板卡有关系,根据DA手册中指出,12层的PCB,在无风速的情况下,手册修正为15.4℃,在1m/s的风速下,就是和设置的一致情况下,温度应该是65℃,但是FPGA会传递过来一些热量,所以更高一点,如果并且DA有散热片,比AD要低一点,所以仿真出来结果大概是80℃也合理。
FPGA的话,JA没有散热风扇的话,大概是3.7-4℃/W,所以40W大概173-185℃,这也是正确的,大概符合仿真结果。实际我板卡用的时候肯定没有40W,估计20W左右再加上其他产生热的器件,我用vivado看过,FPGA可以到92℃左右,就断电了。


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