PCB Design and Layout

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蒙特卡罗在SPICE中 蒙特卡罗在SPICE中的基础:理论与演示 1 min Blog 每当你在PCB上放置一个组件时,这几乎就像你在赌博。所有的组件都有容差,有些组件的容差非常精确(例如电阻),但其他组件的名义值容差可能非常大(例如,绕线电感或铁氧体)。如果这些组件的容差变得太大,你如何预测这些容差将如何影响你的电路? 虽然你可以手动计算围绕名义电气值(电压、电流或功率)的变化,但手动运行这些计算非常耗时,尤其是在大型电路中。然而,SPICE模拟器借鉴了概率论中一种非常有用的模拟类型来帮助你回答这些问题。这种模拟被称为蒙特卡罗模拟,现在你可以在Altium Designer中使用SPICE包来执行这种模拟。 在本文中,我将提供有关理解和构建蒙特卡罗模拟的理论概述,然后我将展示一个电源调节器电路的一些示例结果,以及公差如何影响结果。蒙特卡罗模拟生成大量数据,您可以使用这些数据为您的电路操作取统计数据,这给您一个好的概念,即由于元件值的公差,您的产品是否很可能按照您的规格进行性能表现。 在SPICE模拟中的蒙特卡罗 蒙特卡罗模拟操作一个简单的过程:随机生成一组数字,然后使用这些随机数字在数学模型中计算一些有用的东西。当在SPICE中使用蒙特卡罗模拟时,模拟将根据您定义的公差随机生成电路中的元件值。然后,它使用这些随机生成的元件值来运行标准的SPICE模拟。这个过程重复多次(有时是100次以上),以给您提供一组描述由于元件公差导致的电路行为变化的数据。 SPICE包通过一个简单的过程实现蒙特卡罗模拟。这涉及随机数生成和在标准SPICE算法中计算电压和电流,然后通过表格或图形显示结果: 选择您希望体验随机变化的组件,并定义组件的容差。 为组件容差选择一个分布(高斯分布最为常用)以及模拟运行的次数。 SPICE模拟器使用在原理图中定义的标称值和第2步中定义的容差/分布来生成随机组件值。 SPICE模拟器使用第3步中的随机组件值计算电路中每个点的目标电压/电流/功率。 重复第3步和第4步,直到达到所需的模拟运行次数。 第5步的结果被汇编成图表或表格,以便进一步检查或分析。 示例:电压调节器的蒙特卡罗模拟 在即将展示的示例中,我使用了下面显示的降压转换器电路。这个电路在主要部分使用了一个相对较大的电感(L1),接着是输出端的L滤波器,以进一步减少开关噪声。输出电容器有一个 消谐电阻,以帮助减少瞬态响应的强度并平滑输出电压。 此电路旨在将输入的25V降至大约6.75V。在我的模拟中,我将允许电感值变化高达30%,并将进行15次运行。这种大的变化可能会在一些线绕电感和铁氧体中发现,使用如此大的变化可以帮助您看到纹波和超调的极端值。 电感是变化组件的另一个原因是它是 输出纹波的主要决定因素,当转换器在 连续导电模式下工作时。如果我们真的需要验证最坏情况下的电气行为,我们甚至可以更进一步,查看电感电流本身,看看电感电流接近连续导电的程度。 阅读文章
PCB铜粗糙度 PCB铜表面粗糙度多少算过多? 1 min Blog 当我们谈论铜的粗糙度时,我们总是把它当作一个普遍的坏事来提起。事实上,有些电路即使铜很粗糙也能正常工作。只要你的走线在其他所有方面都按规格制造,只要你的操作频率或带宽足够低,走线的粗糙度可能就不重要。究竟什么构成了“足够低”,以及粗糙度的影响何时小到我们可以忽略它呢? 在最近一篇关于铜箔的文章中,我提供了一些关于不同类型铜箔和你可以期望的一些粗糙度值范围的背景信息。当你开始寻找材料来构建你的高频设计时,值得确定粗糙度因素是否会影响阻抗和损耗到一个过度的程度。在这篇文章中,我将展示三种策略,你可以用来确定在你的设计中是否应该尽量减小粗糙度。这涉及查看数据,或进行一些简单的计算来确定粗糙度。 你应该何时担心铜箔的粗糙度? 这是一个重要的问题,至少可以从两个角度来考虑。当你告诉设计师“嘿,你需要在阻抗计算中考虑铜的粗糙度时”,他们可能会想要扔掉他们的阻抗计算器,并放弃获得准确的阻抗预测。 实际上,在某些频率以下,铜的粗糙度不会产生明显的影响。如果你正在使用标准的低速数字总线( I2C、SPI、UART,或者仅仅是切换你的GPIOs),那么你不需要担心铜的粗糙度有两个原因: 这些总线没有阻抗规格,因此不需要控制阻抗路由 这些信号的 大部分带宽都限制在铜的粗糙度成为影响设计的重要因素的频率以下。 然而,如果你正在设计最新迭代的常见数字协议、5 GHz WiFi、低信噪比射频印刷电路、雷达系统或超高速数字协议(56G+ SerDes),那么铜的粗糙度绝对重要,并且在选择材料时应该考虑。 不过于泛化,有两种方法可以解决问题并确定铜的粗糙度在你的设计中是否重要: 计算您提议的互连的粗糙和光滑阻抗谱,并进行比较 查看不同铜粗糙度值的插入损耗测量 使用#1中的结果获得传播常数,并比较作为粗糙度参数的函数的损耗 选项#1是您获得互连S11预测的首要步骤。选项#2和#3基本上是相同的,如果你仔细想想……你只是在比较S21的测量和计算。这里的想法是看看不同类型的PCB铜箔与几乎完美的铜相比产生过多的损失时,以及这是多少损失。 选项#1 您在PCB设计软件中找到的阻抗计算器非常适合在您能够访问材料集的粗糙度参数时,对粗糙阻抗的影响进行合理准确的估计。 阅读文章