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EMC/EMI仿照仿真与PCB计划相结合实例

由于PCB板上的电子器件密度越来越大,走线越来越窄,信号的频率越来越高,不行避免地会引入EMC(电磁兼容)和EMI(电磁烦扰)的疑问,所以对电子产品的电磁兼容分析显得分外重要。与IC计
      由于PCB板上的电子器件密度越来越大,走线越来越窄,信号的频率越来越高,不行避免地会引入EMC(电磁兼容)和EMI(电磁烦扰)的疑问,所以对电子产品的电磁兼容分析显得分外重要。与IC计划比较,PCB计划进程中的EMC分析和仿照仿真是一个薄弱环节。

  在PCB计划中,EMC/EMI首要分析布线网络本身的信号完整性,实习布线网络或许发生的电磁辐射和电磁烦扰以及电路板本身抵挡外部电磁烦扰的才华,而且依据计划者的需求提出计划和布线时克制电磁辐射和烦扰的规矩,作为悉数PCB计划进程的教导原则。

  具体来说,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,信号偏重分析等;对于邻近布线网络上不相同信号之间的串扰分析。在信号完整性分析时还有必要考虑布线网络的几何拓扑结构,PCB绝缘层的电介质特性以及每一布线层的电气特性。

电磁辐射分析首要考虑PCB板与外部的接口处的电磁辐射,PCB板中电源层的电磁辐射以及大功率布线网络动态工作时对外的辐射疑问。假设电路计划中选用了绑缚于大功率IC上的散热器(例如腾跃处理器外贴的金属散热器),那么这样的散热器在电路动态工作中如同天线相同不停地向外辐射电磁波,因而有必要列为EMC分析的要点。

如今已经有了克制电子设备和表面的EMI的世界标准,统称为电磁兼容(EMC)标准,它们可以作为普通计划者布线和计划时克制电磁辐射和烦扰的原则,对于军用电子产品计划者来说,标准会更严峻,需求更苛刻。

  对于高速数字电路计划,尤其是总线上数字信号速率高于50MHz时,以往选用集总参数的数学模型来分析EMC/EMI特性显得无能为力,计划者们更趋向于选用分布参数的数学模型做布线网络的传输线分析(TALC)。对于多块PCB板通过总线联接而成的电子系统。还有必要分析不相同PCB板之间的电磁兼容功用。EMC/EMI元件库的支持

  如今一块电路板或许包括上百种来自于不相同厂家、功用各异的电子元器件,计划者要进行EMC/EMI分析就有必要了解这些元器件的电气特性,今后才华具体仿照仿真。这在以往看来是一项艰巨的工作,如今由于有了IBIS和SPICE等数据库的支持,使得EMC分析的疑问方便的解决。

鉴于SPICE3,HSPICE,PSPICE 这些数据模型已为宽广的电路计划者所熟知,在此偏重介绍IBIS。IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一种通过丈量或电路仿真得到,依据V/I曲线的I/O缓冲器的快速而精确描写电气功用的模型。1990年由INTEL牵头、联合数家出名的半导体厂商一同拟定了IBIS V1.0的工作标准,通过不断的完善和展开,于1997年更新为IBIS V3.0。

如今此标准已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等数百家半导体厂商支持,一同Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的软件中也添加了有关IBIS的功用模块。

  IBIS文件是一种文本文件,是通过标准软件格局生成的"举动"信息的描写,以说明IC的仿照电气特性。大都IBIS模块来源于SPICF模型,也可用实习丈量得到的V/I曲线描写模型。IC的SPICE模型是参半民体厂商安身的商业秘密,受到知识产权的保护,而IBIS模型是对用户完全敞开的数据,所以计划者可以免费得到这些数据。大大都半导体厂商在自己的网站上或产品CD-ROM中发布有关IC的IBIS数据。由于EDA厂家和电子元器件厂商联合支持IBIS和SPIICE等数据模型,计划者可以安心肠将它们用于电路的仿照仿真或用于EDA东西中,轻松地进行EMC/EMI分析。

  EMC/EMI仿照仿真与PCB计划相结合

  以往的电子电路计划,工程师们多是仰仗多年的开发经验在PCB制成后,在硬件调试或电子设备的整机调试进程中处理EMC的疑问,这显然是一种定性不定量的、不行靠、不精确的方法。进入90时代以来,电子产品向着低功耗、低电磁辐射,小型化和轻型化的方向展开,而且需求能在复杂恶劣的环境中工作,为了尽量缩短产品的开发周期,工程师们不得不另辟新径。

更志向的PCB计划流程如图1所示,在PCB计划的计划和布线期间参与EMC/EMI的原则。例如为了减少并行信号走线间的互相串扰,可以为为规矩线线之间的间隔不能小于一定的值。为了减少信号的反射,使输入输出阻抗匹配,避免出现振铃表象,可以规矩布线网络的几何拓扑结构,走线的长度,甚至于在信号的驱动端事输出端端接阻容器件(常用的方法有串接电阻,并接上拉、下拉或上下接电阻,也可选用箝位二极管等方法)。在PCB计划布线完毕后,在制作实习电路板之前对电路计划进行EMC/EMI的分析和仿照仿真。一同依据实习电路的动态工作频率分析信号的强度、时延等特性。

  假设计划的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,有必要进一步进行电磁辐射的仿照仿真分析。对于高速电路有必要进行布线网络的TALC传输线分布参数分析。新参与的这些计划期间的步骤,实习上是把从前硬件调试的一些工作提前到核算机的计划渠道上来结束,其优越性是清楚明晰的。由于有IBIS和SPICE等数据库的支持,以往EMC/EMI不定量的捉摸不定的分析变为精确的与实测不一样纤细的核算效果,计划者依据仿照仿真的效果可以避免产品电磁兼容性差的坏处。

 EDA开发厂商也逐步注意到用户在EMC/EMI仿照仿真领域的需求,德国的INCASES公司为计划者供应了EMC/EMI仿照仿真分析的软件包EMC-WORKBENCH,变成该工作的领袖并多次掌管了IEEE在EMC/EMI方面的研讨会。EMC-WORKBENCH可以满意电路计划者在电磁兼容方面的迫切需求,改进了PCB计划的流程,简化后期硬件调试中许多冗繁的工作。

  IC内部计划和布线时有必要充沛考虑EMC的疑问;许多的EPLD和FPGA软件在生成毕竟熔丝图之前也要分析EMC的疑问;对于构成电子系统的PCB有必要分析电磁兼容和电磁烦扰特性,这样的计划原则正在不断添加的电路计划者中到达共同。由于有了EMC/EMI的仿照仿真使PCB的计划进入了新的时代,电子工程师们运用它可以在短期内计划出高质量高可靠性的产品。EMC/EMI仿照仿真分析的实施,必将给电路计划者和PCB制工作带来无限商机。

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