EMC/EMI的仿真在PCB设计中的重要性

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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。

 

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