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PCB设计仿真/分析

布局前可使用原理图进行仿真和分析，也可在布局结束后使用实体设计成品进行仿真和分析。Altium Designer提供的资源包括集成的SPICE仿真器、反射和串扰仿真器以及与第三方场求解器的集成，这些资源能帮助您成功开展上述两个阶段的仿真和分析。浏览我们的资源库，详细了解如何使用仿真工具和分析设计中的电气行为。

PCB仿真软件 Altium Designer中的SPICE仿真 xSignals in Altium Designer PDN Analyzer for DC Power Integrity

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SPICE 仿真模块 - 自动化测量 SPICE仿真模块：如何在仿真中使用自动化测量来节省设计挑战中的时间和金钱 电子电路的仿真是您设计成功的关键因素。SPICE电路仿真器可用于加速设计分析。Altium Designer将帮助您以高效和准确的方式模拟您的设计，为您提供深入的电路功能操作洞察。 Altium Designer中的关键分析类型之一是瞬态分析 - 对您电路的时域仿真。图1给出了瞬态分析的一个例子。一对光标可以用来确定信号的频率值，然而信号量可以通过一个称为 ‘测量’的工具轻松自动化。图1中所示电路的测量配置示例在图2中给出。 图1 - 一个简单的电压模式降压转换器 图2 - 降压转换器的测量配置 Altium Designer的SPICE仿真器中的自动测量 Altium Designer SPICE仿真器中有多种自动测量功能。其中一些列在图3中。所有这些信号量都可以被视为现代示波器中可用的测量选项。例如，信号的峰峰值或RMS电压的清晰指示可以在DSO中以及在Altium Designer SPICE仿真器中显示。在AD中设置这些测量只需要一个或两个参数：时间跨度分析，对于某些测量：执行分析的信号水平。后者例如对频率测量是必需的。
PDN阻抗分析和建模：从原理图到PCB布局 PDN阻抗分析和建模：从原理图到PCB布局 我们在这里讲了很多关于信号完整性的内容，但信号完整性其实与电源完整性密切相关。这不仅仅是减少电源/调压器的开关噪声或纹波的问题。在某些设计中，PCB中的PDN阻抗会对您的设计造成不利影响，从而导致电路板中的元件由于电源问题而无法按照设计工作。 这时，了解一些用于PDN阻抗分析的基本模型将起到一定的帮助作用。如果您可以为PDN阻抗建立一些合理准确的模型，则您可以为元件设计适当的去耦网络，以将PDN的阻抗保持在可接受的范围内。 为什么要进行PDN阻抗分析？ 高速和高频PCB设计人员通过阅读本文即可知道答案。但是，随着技术要求的不断提高，无论是否情愿，我们所有人都将成为高速和高频PCB设计人员，因此了解PDN阻抗如何影响PCB中信号的行为就变得非常重要。不幸的是，我们在信息整合方面做得并不够好。因此，我很高兴在这里为大家做一个总结。 简而言之，您的PDN阻抗会影响电路的以下几个方面： 电源总线噪声。 由于PCB中的瞬态电流而产生的电压纹波。请注意，由于PDN阻抗是频率的函数，因此开关引起的电压纹波也将是频率的函数。请注意，无论调压器输出中的噪声水平如何，都会产生这些电压瞬变。 电源总线噪声中的阻尼。 在某些情况下，电源总线上的任何纹波都可能显示为振铃（即，阻尼不足的瞬态振荡）。如果去耦电容器的尺寸不正确，或者在去耦网络中没有考虑到去耦电容器的自谐振频率，就会出现这个问题。 所需的去耦水平。过去，由于电容器自谐振频率（~100 MHz）相对较低，因此使用TTL和更快的逻辑系列并不足以确保PCB中实现去耦。因此，设计人员使用层间电容来提供足够的电容，以确保实现去耦。市场上已推出更新款的具有GHz自谐振频率的电容器，它们足以在高速/高频PCB中实现去耦。 回流路径。您的回流电流将遵循最小电阻路径（针对直流电流）或最小电抗路径（针对交流电流）。接地网络中的阻抗会在空间中变化，并且部分取决于信号轨迹与PDN之间的寄生耦合。 电阻压降。由于构成PDN的导体的固有电阻，供电和回流电流的直流电部分将会遭受一定的损耗。下图显示了PDN分析结果示例，说明了特定信号轨迹以下的回流电流和同一接地层中的直流电流。 定时抖动。由于信号的传播时间有限，因此从去耦电容器和调压器产生的电流将需要一些时间才能到达开关元件。当这些信号到达元件时，它们会干扰输出信号，从而有效地在信号的上升时间中产生一些抖动。通常，由于电源轨噪声引起的定时抖动会随着噪声强度以及调压器与元件之间的长度而增加。在长电源轨上，这可能会导致定时抖动达到几百纳秒，从而使数据去同步并提高误码率。 注意此PDN分析仪输出中的信号轨迹 PDN阻抗分析的简化模型 您可以直接从原理图为PDN的阻抗谱及其瞬态响应建模，但前提是您必须考虑到PDN中的寄生效应。在下面的模型中，您会注意到若干电路元素，但是此模型仅包含两个实际元件。第一个是您的电源/调压器，它具有一定的指定输出阻抗Z（输出），并且通常属于RL串联。第二个是去耦电容器，其理想电容为Cc1。其余的电路元素属于寄生元素。Rs和Ls值分别用于固有导体电阻和寄生电源层电感的建模。Rp、Lp和Cp元件代表了电源和接地层之间的寄生耦合（即，层间电容）。 PDN阻抗分析的简化模型。图片来源： nwengineeringllc.com 在分析此模型之前，您需要确定或估计模型中各个元素的值。去耦电容器的值很容易处理；只需从数据表单中获取所需电容器的值即可。层间电容也很容易粗略估算；只需使用载板的介电常数、重叠的接地/电源层面积以及它们在叠层中的距离，即可得到层间电容Cp。剩余的R值可以使用预期的导线尺寸计算。L值需要根据电路各部分的近似回路电感来估算；这些值通常在pH到几个nH之间。
PDN分析及应用系列一——安装，许可及设置 PDN分析及应用系列一——安装，许可及设置 由于电子产品的低功耗要求，PCB板上的电源分布网络设计已经成为当下最热门的话题之一… 与高速设计一样，PDN 设计也已成为PCB 设计中的一项关键技术。 大约二十年前，微处理器工作在数MHz的时钟频率下，5V电源供应使得百毫伏量级的噪声也不会引起逻辑错误。只需要保证每个电源管脚安放一个去耦电容就可以满足芯片对电源的需求，电磁辐射也不是设计人员需要重点考虑的问题，电子系统的电源设计没有任何挑战。但随着电子元件时钟频率的不断提升以及更多功能集成于芯片内部，芯片的功耗在不断增加，同时芯片制造工艺的进步使得芯片供电电压在不断下降，而且，芯片集成度的增加导致同一个芯片需要更多的电源种类，各种电源域增加了电源系统的设计难度。 如今设计面临的挑战 以前... ICs 通常只有一个供电电压 每个供电电压都有专用的完整的铜皮层，PCB板都比较大，可以有更多的覆铜面积 供电电压比较高，可以有更高的容差 器件引脚数少 现在... 新的器件都有多种供电电压 电源层由多种电源共享，加上分割使得覆铜形状非常复杂，面积变小 供电电压越来越低，能容忍的压降也越来越小 多BGA器件以及其他多管脚器件需要大量的过孔，这样会出现很多“夹点” 另外压降方面... 可能造成IC的供电电压低于最低电压的建议值 然后IC器件运行的参数和性能都不能得到保证
《工程师PCB设计指南：第1部分》团队 Guide Books 《工程师PCB设计指南：第1部分》团队 简介 哪些人员参与PCB设计和工程过程？当然，创建PCB布局的所有任务都不是单枪匹马就能完成的。要将愿景变为现实，必须利用和管理许多工程和科学专业领域。作为项目工程师，您的首要任务是确定团队。 《工程师PCB设计指南》第1部分：团队 《工程师PCB设计指南：第1部分》是免费PCB设计图书系列中的第一本，可作为初学者/学生或电子工程专业人士的手册。该系列将从工程师的角度解读生产印刷电路板（PCB）的方法、阶段和实践。从构思到交付完全装配的PCB，我们使用 在线PCB设计软件以及可根据您的特定需求定制的经验证行业实践，以指导您完成基本设计阶段。 团队 您的员工可以是以下成员（请参阅图1）： 图1：基本PCB设计团队组织。 设计工程师 作为一名PCB工程师，您处于统领地位，既要平衡执行任务，又要管理下面列出的PCB设计团队以创建PCB。而且，您负责最终的PCB产品、最终签收和批准工作。您的责任大概就是这些。 产品设计周期的成功取决于您有效管理内部和外部资源的能力，以及您可以用来完成产品开发的许多免费PCB工程师软件工具 ERP/MRP系统 企业资源规划（ERP）和物料需求与规划（MRP）是一切的起点。从最初概念到最终产品，您的ERP/MRP系统在流程和规划的设计和开发方面发挥着重要作用。您的团队在设计和开发产品时使用的大多数软件工具都直接与MRP PCB材料系统对接。Altium Designer图书有一个供应商链接系统，该系统可以使用开放式数据库连接性（ODBC）连接直接关联到ERP/MRP系统。通过与外部供应资源的链接以及贵公司零件数据库的链接，您可以将所有这些数据无缝集成到供应链中。 PCB设计师CID+ 该团队成员应精通设计和PCB布局过程的各个方面。事实上，在某些情况下，您可能只需要移交完成的原理图和物料清单，PCB设计师即可完成剩下的工作，包括为您管理整个过程。这使您可以自由地专注于其他与项目相关的任务。PCB设计师应了解电子电路的电气特性以及如何应用和生成制造和装配PCB所需的文档。此外，设计师应精通与PCB制造相关的材料科学，以及与PCB装配相关的过程。 非常适合接受过IPC（电子工业联接协会）培训并拥有CID（认证互连设计师，初级）或CID+（高级）头衔的设计师。CID和CID+是整个电子行业公认的珍贵专业资格证书。Altium Designer®在技艺纯熟的PCB设计师手中化作PCB设计工具，可支持您收获PCB设计图书中呈现的成品结果。 （注意：如果没有聘用PCB设计师，您必须听从机械工程师的意见，因为他们能够设计