高速高密度PCB設(shè)計(jì)新挑戰(zhàn)的仿真“軟化”

仿真是對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行綜合考慮的測(cè)試。 隨著設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，工程師不可能實(shí)現(xiàn)每一個(gè)方案。 這時(shí)，他們只能用高級(jí)模擬來(lái)代替測(cè)試來(lái)判斷。

當(dāng)今的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除了高速、高密度電路板帶來(lái)的挑戰(zhàn)外，產(chǎn)品快速上市的壓力使得仿真成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可或缺的手段。 設(shè)計(jì)者希望在設(shè)計(jì)階段利用先進(jìn)的仿真工具找出問(wèn)題，從而高效率、高質(zhì)量地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在傳統(tǒng)的電路板設(shè)計(jì)中，工程師很少采用仿真的手段。 更多的時(shí)候，我們利用上游芯片廠商提供的參考設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)則（即白皮書(shū)），結(jié)合工程師的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的原型進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，找出問(wèn)題，修改設(shè)計(jì) 。 如此循環(huán)下去，直至問(wèn)題基本解決。 即使偶爾使用仿真工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，也僅限于局部電路。 修改電路意味著時(shí)間上的延遲，這在產(chǎn)品快速推出的壓力下是不可接受的。 尤其是對(duì)于大型系統(tǒng)，一個(gè)小小的修改可能就需要推翻整個(gè)設(shè)計(jì)。 俗話說(shuō)“一變而牽一發(fā)而動(dòng)全身”，給電路板廠家?guī)?lái)的損失是難以估量的。

產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、開(kāi)發(fā)周期不可控、過(guò)度依賴(lài)工程師經(jīng)驗(yàn)……這些因素使得上述設(shè)計(jì)方法難以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的高速高密度PCB設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)， 因此必須使用先進(jìn)的模擬工具來(lái)解決它們。 “上游芯片廠商給出的設(shè)計(jì)方案是基于自己的模板，而系統(tǒng)廠商的產(chǎn)品不可能與上游廠商完全相同；同時(shí)，某一芯片的設(shè)計(jì)要求可能與上游廠商的設(shè)計(jì)要求相矛盾。 另一個(gè)，所以設(shè)計(jì)方案必須通過(guò)仿真來(lái)確定?！?陳蘭冰說(shuō)道。

從某種意義上說(shuō)，仿真就是讓軟件能夠完成只能通過(guò)測(cè)試物理樣機(jī)才能完成的對(duì)虛擬樣機(jī)的功能評(píng)估。 這是一種更“軟”、更經(jīng)濟(jì)的解決方案。

然而，高速、高密度電路板的仿真與傳統(tǒng)的仿真不同。 “傳統(tǒng)的仿真是針對(duì)原理圖進(jìn)行的，只是添加激勵(lì)，看輸出來(lái)判斷功能是否正確。高速仿真是在功能正確的前提下看設(shè)計(jì)的性能。它既針對(duì)原理圖，又針對(duì)原理圖。” 圖表和 PCB 設(shè)計(jì)?！?通過(guò)仿真工具可以判斷哪種方案更接近實(shí)際需求。 在滿(mǎn)足性能要求的基礎(chǔ)上，判斷哪種方案成本更低，在性能設(shè)計(jì)和系統(tǒng)成本之間找到平衡點(diǎn)。 Yulif說(shuō)：“利用仿真工具，我們可以判斷系統(tǒng)改進(jìn)的方向是否正確，為設(shè)計(jì)指明方向，提高首板的成功率，讓產(chǎn)品更快地走向市場(chǎng)。但是，無(wú)論怎樣， 仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果有多接近，它不能取代實(shí)際的測(cè)試系統(tǒng)?！?br/>

測(cè)試是對(duì)系統(tǒng)性能的真實(shí)判斷，包括所有真實(shí)環(huán)境因素。 然而，仿真是對(duì)虛擬樣機(jī)的“測(cè)試”，是針對(duì)某些特定條件的。 沒(méi)有任何工具可以同時(shí)考慮所有真實(shí)條件并進(jìn)行模擬。 但隨著技術(shù)的發(fā)展和工具的不斷完善，仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的近似度越來(lái)越高，這對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)越來(lái)越有意義。 同時(shí)，也對(duì)工程師提出了更高的要求。 雖然工具越來(lái)越好用，但仿真結(jié)果的判斷和改進(jìn)方法取決于工程師的技術(shù)水平和理論基礎(chǔ)。

目前，在高速PCB仿真中，EMC/EMI的效果最不理想。 這是因?yàn)閷?duì)于高速系統(tǒng)，由于過(guò)孔效應(yīng)的影響，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，以有效模擬真實(shí)環(huán)境。 然而，對(duì)于PCB這樣龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行3D建模是非常困難的。 目前主要采用專(zhuān)家檢查的方法，即將EMC/EMI問(wèn)題轉(zhuǎn)化為按照國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)的PCB布局和布線規(guī)則。