ANSYS 高速PCB設計解決方案

2016-11-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一、高速PCB板級設計面臨的挑戰
在PCB設計中,高速電路的布局布線和質量分析無疑是工程師們討論的焦點。尤其是如今的電路工作頻率越來越高,例如一般的數字信號處理(DSP)電路板應用頻率在150-200MHz是很常見的,CPU板在實際應用中達到500MHz以上已經不足為奇,在通信行業中GHz電路的設計已經十分普及。所有這些PCB板的設計,往往是采用多層板技術來實現。在多層板設計中不可避免地為采用電源層的設計技術。而在電源層設計中,往往由于多種類的電源混合應用而使得設計變為十分復雜。
基于上述原因,目前的高速PCB板級設計主要面臨以下挑戰:
1. 如何設計多種類的電源分塊系統?電源層的合理分割和共地問題是PCB是否穩定的一個十分重要的因素;
2. 如何設計去耦電容?利用去耦電容來消除開關噪聲是常用的手段,但如何確定其電容量?電容放置在什么位置?什么時候采用什么類型的電容等等;
3. 如何消除地彈噪聲?地彈噪聲是如何影響和干擾有用信號的;
4. 回路(Return Path)噪聲如何消除?很多情況下,回路設計不合理是電路不工作的關鍵,而回路設計往往是工程師最覺得束手無策的工作;
5. 如何合理設計電流的分配?尤其是地電層中電流的分配設計十分困難,而總電流在PCB板中的分配如果不均勻,會直接明顯地影響PCB板的不穩定工作。
另外高速PCB板設計中還有一些常見的如上沖,下沖,振鈴(振蕩),時延,阻抗匹配,毛刺等等有關信號的奇變問題,但這些問題和上述問題是不可分割的。它們之間是因果關系。
二、 ANSYS的高速PCB板級解決方案
基于上述挑戰,結合ANSYS在解決高速PCB板級設計方面的專業技術優勢,ANSYS給出的高速PCB板級設計的解決方案如下:

此平臺包括PCB專用板級分析工具SIwave,全波三維電磁場工具HFSS,任意結構三維等效RLC參數自動提取工作Q3D及模型導入接口軟件Alinks,可以解決各種高速PCB板級設計的問題。該解決方案的具體功能特點如下:
1.采用三維全波電磁場方法,仿真結果更精確;
2.可以在一個界面中完成PCB的電源完整性和信號完整性分析;
3.可以自動抽取各種電路結構的RLC等效模型,生成相應的SPICE電路;
4.支持各種主流CAD數據;
5.可以將電磁場和電路聯合起來,完成ANSYS高效的場路協同分析。
三、典型應用
1. SIwave:PCB板級信號完整性/功率傳輸全波分析
SIwave采用三維全波電磁場方法分析整板級PCB或整個封裝的全波效應,可快速仿真整個電源和地結構的諧振頻率;板上放置去耦電容的作用及布局;改變信號層或分開供電板引入的阻抗不連續性;信號線與電源/地之間的噪聲耦合;傳輸延遲、過沖和下沖、反射和振鈴等時域效應;本征模和S傳輸參數等頻域現象。

2. HFSS:高速PCB整板電磁場分析

HFSS依據其獨有的模式→節點和超寬帶插值掃頻專有技術,利用有限元(FEM)快速精確求解整板級PCB或整個封裝結構的所有電磁特性,真正全面考慮(準)靜態仿真中無法分析的由失配、禍合、輻射及介質損耗等引起的電磁場效應,從而得到精確的頻域高頻特性(如S參數等) ,并生成全波SPCIE模型以支持高頻/高速/高密度PCB應用中實現精確的Spice寬帶電路仿真設計。

3. Q3D:自動抽取任意三維結構RLC矩陣
通過三維電磁場專有求解技術, 提取任意二/三維結構的IC封裝、連接器、過孔、信號線、復雜的電源/地結構以及各種分立部件的精確RLC寄生參數,自動生成Spice等效電路并可在內置的Spice仿真器中進行電路仿真,得到精確的時域特性波形。

4. Designer:電路/系統/平面電磁場協同仿真
Designer集成了電路、系統及三維平面電磁場可直接仿真分析PCB的電磁特性, 并且通過動態調用HFSS對任意三維器件(如無源部件、連接器等〉進行協同仿真。將電磁場問題置于整個電路或系統中來進行全面精確設計. 以研究設計性能的變化對相關電路和系統影響。