EMC/EMI的仿真在PCB设计中的重要性
PCB设计中的对EMC/EMI的分 析目标信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析、阻抗匹配分析、信号过 冲分析、信号时序分析等等,对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析。在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的物理拓扑结构,PCB介质层的电介质特性 和介电常数以及每一布线层的电气特性。现在已经有了抑制电子设备和仪表的EMI的国际标准,统称为电磁兼容(EMC)标准,它们可以作为PCB设计者布线 和布局时抑制电磁辐射和干扰的规则,对于军用电子产品设计者来说,标准会更严格,要求更苛刻。对于由多块PCB板通过总线连接而成的系统,还必须分析不同 PCB板之间的电磁兼容性能以及接口电路和连接器的EMC/EMI性能。
但目前国内国际的普遍情况是,与IC设计相比,PCB设计过程中的EMC分析和模拟仿真 是一个薄弱环节。同时,EMC仿真分析目前在PCB设计中逐渐占据越来越重要的角色。
EMC/EMI的仿真需要用到仿真模型EMC/EMI分析要了解所用到的元器件的电气特性,之后才能更好地具体模拟仿真。目前应用较多的有IBIS 和SPICE模型。IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一种通过测量或电路仿真得到,基于V/I曲线的I/O缓冲器的快速而精确描述电气性能的模 型。
1990年由Intel牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定了IBIS V1.0的行业标准,经过不断的完善和发展,于1997年更新为IBIS V3.0.现在此标准已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等数百家半导体厂商支持,同时 Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的软件中也添加了有关IBIS的功能模块。
IBIS文件是一种文本文件,是通过标准软件格式生成的“行为”信息的描述,以说明IC的模拟电气特性。IC的SPICE模型是各半导体厂商的商业 秘密,受到知识产权的保护,而IBIS模型是对用户完全开放的数据,所以设计者可以比较容易得到IBIS模型。当然,如果有SPICE模型,IBIS模型 可以从SPICE模型来生成。目前,一般都可以从器件厂商那里拿到IBIS模型。
应用EMC/EMI仿真来提高PCB设计的质量在PCB布局布线结束后,将GERBER文件做成电路板之前对电路设计进行EMC/EMI的分析和模 拟仿真。同时依据实际电路的动态工作频率分析信号的强度、时延等特性。如果设计的PCB中含有与外部的接口,IC上外加了散热器或电路本身功耗大时,必须 进一步进行电磁辐射的模拟仿真分析。对于高速电路有必要进行布线网络的传输线分布参数分析。
EDA开发厂商也渐渐意识到用户在EMC/EMI模拟仿真领域的需求,德国的INCASES公司为设计者提供了EMC/EMI模拟仿真分析的软件包 EMC-WORKBENCH,成为该行业的领袖并多次主持了IEEE在EMC/EMI方面的研讨会。EMC-WORKBENCH能够满足电路设计者在电磁 兼容方面的迫切需求,改进了PCB设计的流程,简化后期硬件调试中许多繁杂的工作。
同时,IC内部也要充分考虑到EMC/EMI的问题。目前,大部分芯片厂商都会处理好IC内部的EMC/EMI的问题。但广大的设计者也应当留意芯片中可能存在的问题,同时将EMC/EMI的解决在板极上做到极致。
电子工程师们可以利用仿真工具,并有效综合设计经验,可以更好地提高产品的质量和产品的可靠性。
印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部接口、内部的电磁保护、散热等因素布局。我们常用的设计软件有Altium Designer 、Cadence Allegro、PADS等等设计软件。
分析错误信息,发现是U1.U4的输入在上升沿与时钟的时序冲突,详细分析原理图,发现U1.U1与U1.U4是一样的,唯一的区别是U1.U4的ENT信号是从U1.U1的RCO取得的,估计是这个信号进行X状态,导致的。 因此,在U1.U4的ENT输入加100K的下拉电阻。 再次仿真,跳过提示,查看DATA输出结果:
在pspice的仿真中,经常需要使用模数转换,往常,一般忽略模数转换部分,只对其它部分进行仿真。 其实,在pspice中,也提供了模数转换模型库,可以在电路中对AD/DA转换进行仿真。在pspice提供的仿真库中,有一个dataconv库,里面就包含了AD/DA模型。 其位置位于“安装路径”SPB_17.4toolscapturelibrarypspice下。这里,我重点介绍其中的ADCSER器件。
众所周知,滤波器在通信系统中不可或缺的重要作用,同样的,仿真已成为滤波器设计过程中必不可少的阶段,因为它允许工程师在原型设计之前评估和验证电路行为,防止设计缺陷在设计链中级联,并帮助设计人员在虚拟环境中无风险地提高电路性能,同时也在为最后项目的成功保驾护航。
为使电子获得最佳性能,元器件是电子产品中电路元件和器件的重要保障。即使电路原理图设计正确,但设计不当也会对电子产品的可靠性产生不利影响。因此在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法,遵守的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求件的布局及导线的布设。