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PCB布局前后仿真有何区别?


放置元件和PCB布线后对印刷电路板设计的仿真效果很好,但事先仿真效果更好。

大多数高速印刷电路板(PCB)设计人员都熟悉模拟布局和布线电路板的性能。尽管如此,一个问题又一次又一次出现:在布置电路板之前,您可以模拟什么?” 本文将解释布局前和布局后仿真之间的区别,并回答上述问题。

模拟PCB设计

电子电路设计的成功通常取决于模拟。无论是信号完整性,电源完整性,电磁兼容性,模拟还是热模拟,它们都能揭示有关设计可行性,裕度和限制的信息。我们可能会在电路板布局之前和之后进行模拟,目的是不同的,但是目标仍然是相同的,以推动设计变更。

布局前和布局后的主要区别在于布局前仿真是在完成PCB布局之前进行的,而布局后仿真则以完成的PCB布局为基础。例如,对于信号完整性仿真,这意味着可以在布局后分析中使用精确长度的走线。此外,取决于细节的数量,诸如痕迹与通孔抗垫的接近程度以及其他平面空隙的标准也可以包括在分析中。

在布局前和布局后,我们将物理参数转换为电路元件和其他数学模型以进行仿真。但是,对于布局前仿真,我们必须建立电路原理图以包括仿真的所有元素。出于信号完整性的目的,这包括IC缓冲区模型,封装模型,走线模型,过孔,分立组件以及任何连接器和电缆。在电源完整性方面,这包括平面形状,缝合过孔,电容器,电源和负载(IC)。

布局后仿真涉及从布线板中提取物理信息。像迹线,平面和具有定义的几何形状的过孔之类的项目以及诸如分立器件之类的更简单的组件都会自动建模。我们为IC,连接器和其他连接的组件添加了模型,以运行仿真。在每种情况下,这些用户输入都转换为模拟器使用的模拟示意图。而且,两种类型的模拟具有相同的模拟结果。对于信号完整性仿真,结果显示为识别信号质量和时序信息的时间/电压波形,并且可以显示为波形或数据表。

在布置电路板之前,您可以模拟什么?

布局前仿真的主要目的是开发设计约束,而布局后仿真的主要目标是验证是否符合这些约束。约束可以通过多种方式传达给PCB设计人员,形成Word文档;作为内置在原理图和布局工具中的自动约束;甚至写在餐巾纸上 设计约束可确保电路板设计成功。因此,必须进行与布局前和布局后仿真相关的各种任务。

以长度约束为例。许多不同的电气约束可以驱动长度约束-可能满足某些时序要求或需要控制信号的损耗量。例如,布局前仿真可以通过改变迹线的长度,直到接收器处出现闭合眼图,来帮助确定串行器/解串器(SERDES)信号的最大长度。

眼图是在同一时间间隔内相互重叠的多个位的显示,以显示位流的最坏情况。相同的眼图模拟将在完整的布局上运行,以确保眼睛仍然张开。

眼图有助于SERDES分析。如果位于中心的蓝色眼罩未触及橙色迹线,则将保持信号完整性。

布局前仿真还可以证明电路板级设计概念。假设某种硬件设计要求使用几个连接器的多个板通过长距离路由总线。布局前仿真显示了这种配置是否允许接收器处的信号符合设计规范。此外,借助预布局仿真,工程师可以了解总线在设计中的局限性,并制定成功实施这些总线的计划。

布局后确认

另一方面,布局后仿真主要用于验证完成的设计。创建后,它会验证所有设计约束。在将仿真与测量进行比较时,布局后仿真也很方便。这对于确保由布局前仿真创建的约束基于PCB的声音建模非常重要。

故障排除是布局后仿真的另一个有用的应用程序。在实验室中使用原型确定问题时,布局后仿真可用于研究问题的可能原因。确定后,可以使用探索性仿真(通常在与布局前仿真相同的假设环境中执行)来找到解决方案。

结论

仿真和分析专家倾向于同意,大多数仿真工作应采用预布局设计。这是一个很好的建议,因为设计更改在设计周期中往往会更加昂贵。具体来说,完成布局后进行的任何更改所花费的成本比最初避免的更改高10倍。原型制作后进行更改的成本可能会增加10倍。

即便如此,使用布局后仿真在设计周期的早期发现问题仍比尝试修理运输产品便宜几个数量级。不管偏好是布局前仿真,布局后仿真还是两者的结合,很明显,如果没有选择,设计失败的风险将急剧上升。简而言之,仿真对于理解您的PCB设计以及设计可靠,成功的产品至关重要。

 

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