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技術(shù)專題
PCB布局前后仿真有何區(qū)別？
放置元件和PCB布線后對(duì)印刷電路板設(shè)計(jì)的仿真效果很好，但事先仿真效果更好。
大多數(shù)高速印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)人員都熟悉模擬布局和布線電路板的性能。盡管如此，一個(gè)問(wèn)題又一次又一次出現(xiàn)：“在布置電路板之前，您可以模擬什么？” 本文將解釋布局前和布局后仿真之間的區(qū)別，并回答上述問(wèn)題。
模擬PCB設(shè)計(jì)
電子電路設(shè)計(jì)的成功通常取決于模擬。無(wú)論是信號(hào)完整性，電源完整性，電磁兼容性，模擬還是熱模擬，它們都能揭示有關(guān)設(shè)計(jì)可行性，裕度和限制的信息。我們可能會(huì)在電路板布局之前和之后進(jìn)行模擬，目的是不同的，但是目標(biāo)仍然是相同的，以推動(dòng)設(shè)計(jì)變更。
布局前和布局后的主要區(qū)別在于布局前仿真是在完成PCB布局之前進(jìn)行的，而布局后仿真則以完成的PCB布局為基礎(chǔ)。例如，對(duì)于信號(hào)完整性仿真，這意味著可以在布局后分析中使用精確長(zhǎng)度的走線。此外，取決于細(xì)節(jié)的數(shù)量，諸如痕跡與通孔抗墊的接近程度以及其他平面空隙的標(biāo)準(zhǔn)也可以包括在分析中。
在布局前和布局后，我們將物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電路元件和其他數(shù)學(xué)模型以進(jìn)行仿真。但是，對(duì)于布局前仿真，我們必須建立電路原理圖以包括仿真的所有元素。出于信號(hào)完整性的目的，這包括IC緩沖區(qū)模型，封裝模型，走線模型，過(guò)孔，分立組件以及任何連接器和電纜。在電源完整性方面，這包括平面形狀，縫合過(guò)孔，電容器，電源和負(fù)載（IC）。
布局后仿真涉及從布線板中提取物理信息。像跡線，平面和具有定義的幾何形狀的過(guò)孔之類(lèi)的項(xiàng)目以及諸如分立器件之類(lèi)的更簡(jiǎn)單的組件都會(huì)自動(dòng)建模。我們?yōu)?span lang="EN-US">IC，連接器和其他連接的組件添加了模型，以運(yùn)行仿真。在每種情況下，這些用戶輸入都轉(zhuǎn)換為模擬器使用的模擬示意圖。而且，兩種類(lèi)型的模擬具有相同的模擬結(jié)果。對(duì)于信號(hào)完整性仿真，結(jié)果顯示為識(shí)別信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序信息的時(shí)間/電壓波形，并且可以顯示為波形或數(shù)據(jù)表。
在布置電路板之前，您可以模擬什么？
布局前仿真的主要目的是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)約束，而布局后仿真的主要目標(biāo)是驗(yàn)證是否符合這些約束。約束可以通過(guò)多種方式傳達(dá)給PCB設(shè)計(jì)人員，形成Word文檔；作為內(nèi)置在原理圖和布局工具中的自動(dòng)約束；甚至寫(xiě)在餐巾紙上 設(shè)計(jì)約束可確保電路板設(shè)計(jì)成功。因此，必須進(jìn)行與布局前和布局后仿真相關(guān)的各種任務(wù)。
以長(zhǎng)度約束為例。許多不同的電氣約束可以驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度約束-可能滿足某些時(shí)序要求或需要控制信號(hào)的損耗量。例如，布局前仿真可以通過(guò)改變跡線的長(zhǎng)度，直到接收器處出現(xiàn)閉合眼圖，來(lái)幫助確定串行器/解串器（SERDES）信號(hào)的最大長(zhǎng)度。
眼圖是在同一時(shí)間間隔內(nèi)相互重疊的多個(gè)位的顯示，以顯示位流的最壞情況。相同的眼圖模擬將在完整的布局上運(yùn)行，以確保眼睛仍然張開(kāi)。
布局前仿真還可以證明電路板級(jí)設(shè)計(jì)概念。假設(shè)某種硬件設(shè)計(jì)要求使用幾個(gè)連接器的多個(gè)板通過(guò)長(zhǎng)距離路由總線。布局前仿真顯示了這種配置是否允許接收器處的信號(hào)符合設(shè)計(jì)規(guī)范。此外，借助預(yù)布局仿真，工程師可以了解總線在設(shè)計(jì)中的局限性，并制定成功實(shí)施這些總線的計(jì)劃。
布局后確認(rèn)
另一方面，布局后仿真主要用于驗(yàn)證完成的設(shè)計(jì)。創(chuàng)建后，它會(huì)驗(yàn)證所有設(shè)計(jì)約束。在將仿真與測(cè)量進(jìn)行比較時(shí)，布局后仿真也很方便。這對(duì)于確保由布局前仿真創(chuàng)建的約束基于PCB的聲音建模非常重要。
故障排除是布局后仿真的另一個(gè)有用的應(yīng)用程序。在實(shí)驗(yàn)室中使用原型確定問(wèn)題時(shí)，布局后仿真可用于研究問(wèn)題的可能原因。確定后，可以使用探索性仿真（通常在與布局前仿真相同的假設(shè)環(huán)境中執(zhí)行）來(lái)找到解決方案。
結(jié)論
仿真和分析專家傾向于同意，大多數(shù)仿真工作應(yīng)采用預(yù)布局設(shè)計(jì)。這是一個(gè)很好的建議，因?yàn)樵O(shè)計(jì)更改在設(shè)計(jì)周期中往往會(huì)更加昂貴。具體來(lái)說(shuō)，完成布局后進(jìn)行的任何更改所花費(fèi)的成本比最初避免的更改高10倍。原型制作后進(jìn)行更改的成本可能會(huì)增加10倍。
即便如此，使用布局后仿真在設(shè)計(jì)周期的早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題仍比嘗試修理運(yùn)輸產(chǎn)品便宜幾個(gè)數(shù)量級(jí)。不管偏好是布局前仿真，布局后仿真還是兩者的結(jié)合，很明顯，如果沒(méi)有選擇，設(shè)計(jì)失敗的風(fēng)險(xiǎn)將急劇上升。簡(jiǎn)而言之，仿真對(duì)于理解您的PCB設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)可靠，成功的產(chǎn)品至關(guān)重要。