高速高密度PCB設(shè)計新挑戰(zhàn)的仿真“軟化”

仿真是對虛擬樣機進行綜合考慮的測試。 隨著設(shè)計變得越來越復(fù)雜，工程師不可能實現(xiàn)每一個方案。 這時，他們只能用高級模擬來代替測試來判斷。

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

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

產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、開發(fā)周期不可控、過度依賴工程師經(jīng)驗……這些因素使得上述設(shè)計方法難以應(yīng)對日益復(fù)雜的高速高密度PCB設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)， 因此必須使用先進的模擬工具來解決它們。 “上游芯片廠商給出的設(shè)計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，某一芯片的設(shè)計要求可能與上游廠商的設(shè)計要求相矛盾。 另一個，所以設(shè)計方案必須通過仿真來確定。” 陳蘭冰說道。

從某種意義上說，仿真就是讓軟件能夠完成只能通過測試物理樣機才能完成的對虛擬樣機的功能評估。 這是一種更“軟”、更經(jīng)濟的解決方案。

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)的仿真是針對原理圖進行的，只是添加激勵，看輸出來判斷功能是否正確。高速仿真是在功能正確的前提下看設(shè)計的性能。它既針對原理圖，又針對原理圖。” 圖表和 PCB 設(shè)計。” 通過仿真工具可以判斷哪種方案更接近實際需求。 在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，判斷哪種方案成本更低，在性能設(shè)計和系統(tǒng)成本之間找到平衡點。 Yulif說：“利用仿真工具，我們可以判斷系統(tǒng)改進的方向是否正確，為設(shè)計指明方向，提高首板的成功率，讓產(chǎn)品更快地走向市場。但是，無論怎樣， 仿真結(jié)果與測試結(jié)果有多接近，它不能取代實際的測試系統(tǒng)。”

測試是對系統(tǒng)性能的真實判斷，包括所有真實環(huán)境因素。 然而，仿真是對虛擬樣機的“測試”，是針對某些特定條件的。 沒有任何工具可以同時考慮所有真實條件并進行模擬。 但隨著技術(shù)的發(fā)展和工具的不斷完善，仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果的近似度越來越高，這對于設(shè)計來說越來越有意義。 同時，也對工程師提出了更高的要求。 雖然工具越來越好用，但仿真結(jié)果的判斷和改進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。 這是因為對于高速系統(tǒng)，由于過孔效應(yīng)的影響，需要對系統(tǒng)進行三維建模，以有效模擬真實環(huán)境。 然而，對于PCB這樣龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，對其進行3D建模是非常困難的。 目前主要采用專家檢查的方法，即將EMC/EMI問題轉(zhuǎn)化為按照國際通用標(biāo)準(zhǔn)的PCB布局和布線規(guī)則。