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PCB设计中EMC/EMI的仿真

2013-11-15 14:42
小伊琳
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  由于PCB板上的电子器件密度越来越大,走线越来越窄,走线密度也越来越高,信号的频率也越来越高,不可避免地会引入EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)的问题,所以对电子产品的电磁兼容分析以及应用就非常重要了。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。

  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。

  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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