軟件仿真提高PCB設計效率

從根本上來說，電磁兼容在測試暗室內針對現有的模型是進行測試驗證的。這些測試不但價格昂貴而且還耗費大量時間。在設計過程中應用早期的軟件仿真用來減少測試的花費已經有很多方法。然而，EMC是一門復雜的學科，目前要想實現對復雜電路板完全的3D仿真是十分困難的。由于這些難點，專家們只能關注對電路板的關鍵區(qū)域的仿真，例如電源和接地系統(tǒng)或者單獨的關鍵網絡，來確定電磁場輻射（發(fā)射）和受輻射(敏感度)的原因。這些分析中獲得的知識將應用于PCB電路設計者的設計原則中。

　　在最新開發(fā)的仿真軟件包中，用戶可以從最流行的PCB布局工具中看到完整的布線設計。布線回顧功能會檢查所有板層、網絡或者跡線的各種各樣的設計原則。軟件中可以導入以下幾個布線工具提供商的布線數據：Altium、Cadence、 Mentor、OrCAD和Zuken。該軟件是由來自專業(yè)仿真軟件公司的專家和知名的IT工業(yè)巨頭聯合開發(fā)的。前者提供與多種PCB布線工具的接口，而后者專注于數十年建立和驗證EMC/SI規(guī)則的專家系統(tǒng)。多年來，公司的專家們利用靈活的測量技術研究了很多EMC設計問題，最終建立了各種有效的設計規(guī)則。依據這些規(guī)則對關鍵設計進行檢查，其結果通過測試進行驗證。最終，將不同功能結合起來形成能夠識別常見的主要電磁騷擾來源的軟件工具。

　　這個一般用途的軟件不需要EMC方面的專家，它可以讓PCB板設計者檢查設計是否符合EMC規(guī)則。其次，軟件向布線設計人員提供了解決EM問題的詳細描述和可能的方案。集成瀏覽器可以顯示設計中違背EMC規(guī)則的精確位置。實際上，開發(fā)此軟件包的主要目的就是讓沒有相關EMC知識背景的用戶在設計中能夠更早更容易地精確定位出現EMC問題的地方，從而最小化測量和重新設計的成本。

　　基于規(guī)則的檢查

　　發(fā)射或者耦合是由某些幾何規(guī)則相違背造成的。例如，考慮電流回流的路徑，每一個信號都有一條信號軌跡預置好的路徑，但是在電源層和接地層經常有回路出現。回路電流總是選擇電阻最小的路徑；同時在高頻條件下，選擇阻抗最低的路徑。這種新軟件可以確定哪條返回路徑是不連續(xù)的。例如，這個路徑有可能由于分離的平面而被中斷。如果回路在幾何位置上不能跟隨信號路徑，那么回路電流則會使用一條不同的路徑。依賴于回路電流周圍區(qū)域的大小，會出現一個天線輻射或接收干擾信號，導致EMC符合性的失敗或者可能的設計故障。這個軟件工具識別電源供電層中這樣不連續(xù)的銅對高頻來說是否由一個或者多個電容器相連結（如圖1）。那些電容器會形成一條對回路電流有著低阻抗的路徑，從而避免不希望的回路。

圖1 由于電容距離信號太遠以至于不能連接斷層而導致的EMC問題

　　另一個規(guī)則是搜索那些改變信號層和回路電流參考平面的網絡。如果信號跡線僅從參考平面上方改變到下方，產生的輻射很小。在這種情況下，回路電流可以繼續(xù)在同一個平面流動。如果信號層和參考平面同時改變，則回流路徑必須得到保證（如圖2）。在過孔附近使用電容器，必須避免產生不想要的路徑和環(huán)路的回路電流。這個軟件設計規(guī)則必須識別并允許在BGA下方的有孔的區(qū)域的層的改變，因為回流不會通過電容器但是會通過BGA。如果這個原則被違背了，層改變出現地方的過孔會由軟件強調顯示出來。

圖2 如果信號層和參考平面同時改變，需要保證回流路徑

　　在較高的信號頻率，需要減少外部層線的長度，進行線纜的最大允許的長度檢查，并且違背的地方將被指出。

　　另一條規(guī)則將檢查隔直電容器到電源電壓的連接引腳上的最大距離。因為隔直電容器的有效半徑很小，不能超過連接到去耦引腳所允許的距離。否則，電容器沒有作用而可被忽略。對這個規(guī)則的違背將與到各個電容的距離一起被列出來。最后一個重要的規(guī)則是跡線不能離參考平面層的邊緣太近。在這種情況下，線路阻抗將改變，并可能導致信號在阻抗的不連續(xù)處產生反射。

　　通過此軟件包，可以檢查具體的規(guī)則，通過一個錯誤列表引導用戶，然后顯示布線的關鍵區(qū)域。在設計階段的初期改變元器件的位置，可以創(chuàng)建防止電磁兼容問題產生的布線路徑，就不需要額外的屏蔽或者濾波器，從而節(jié)省寶貴的電路板空間和元件費用。

　　結論

　　隨著電路板設計變得越來越復雜，電磁兼容規(guī)范發(fā)展得愈來越嚴格，在設計階段的初期就尋求解決辦法是很有必要的。軟件仿真包，尤其當其與廣泛使用的布線工具的有效接口的共同使用，在產品開發(fā)過程中有非常重大的意義。