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PCB線路板設計中EMC/EMI的仿真
來源:百能網
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作者:jiehao
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發布時間: 2665天前
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由于PCB板上的電子器件密度越來越大，走線越來越窄，走線密度也越來越高，信號的頻率也越來越高，不可避免地會引入EMC(電磁兼容)和EMI(電磁干擾)的問題，所以對電子產品的電磁兼容分析以及應用就非常重要了。但目前國內國際的普遍情況是，與IC設計相比，PCB設計過程中的EMC分析和模擬仿真是一個薄弱環節。同時，EMC仿真分析目前在PCB設計中逐漸占據越來越重要的角色。
由于PCB板上的電子器件密度越來越大，走線越來越窄，走線密度也越來越高，信號的頻率也越來越高，不可避免地會引入EMC(電磁兼容)和EMI(電磁干擾)的問題，所以對電子產品的電磁兼容分析以及應用就非常重要了。但目前國內國際的普遍情況是，與IC設計相比，PCB設計過程中的EMC分析和模擬仿真是一個薄弱環節。同時，EMC仿真分析目前在PCB設計中逐漸占據越來越重要的角色。
PCB設計中的對EMC/EMI的分析目標信號完整性分析包括同一布線網絡上同一信號的反射分析，阻抗匹配分析，信號過沖分析，信號時序分析等等;對于鄰近布線網絡上不同信號之間的串擾分析。在信號完整性分析時還必須考慮布線網絡的物理拓撲結構，PCB介質層的電介質特性和介電常數以及每一布線層的電氣特性。現在已經有了抑制電子設備和儀表的EMI的國際標準，統稱為電磁兼容(EMC)標準，它們可以作為PCB設計者布線和布局時抑制電磁輻射和干擾的規則，對于軍用電子產品設計者來說，標準會更嚴格，要求更苛刻。對于由多塊PCB板通過總線連接而成的系統，還必須分析不同PCB板之間的電磁兼容性能以及接口電路和連接器的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電氣特性，之后才能更好地具體模擬仿真。目前應用較多的有IBIS和SPICE模型。IBIS(I/O Buffer Interface Specification)，即ANSI/EIA-656，是一種通過測量或電路仿真得到，基于V/I曲線的I/O緩沖器的快速而精確描述電氣性能的模型。
1990年由INTEL牽頭、聯合數家著名的半導體廠商共同制定了IBIS V1.0的行業標準，經過不斷的完善和發展，于1997年更新為IBIS V3.0.現在此標準已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等數百家半導體廠商支持，同時Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的軟件中也添加了有關IBIS的功能模塊。
IBIS文件是一種文本文件，是通過標準軟件格式生成的"行為"信息的描述，以說明IC的模擬電氣特性。IC的SPICE模型是各半導體廠商的商業秘密，受到知識產權的保護，而IBIS模型是對用戶完全開放的數據，所以設計者可以比較容易得到IBIS模型。當然，如果有SPICE模型，IBIS模型可以從SPICE模型來生成。目前，一般都可以從器件廠商那里拿到IBIS模型。
應用EMC/EMI仿真來提高PCB設計的質量在PCB布局布線結束后，將GERBER文件做成電路板之前對電路設計進行EMC/EMI的分析和模擬仿真。同時依據實際電路的動態工作頻率分析信號的強度、時延等特性。如果設計的PCB中含有與外部的接口，IC上外加了散熱器或電路本身功耗大時，必須進一步進行電磁輻射的模擬仿真分析。對于高速電路有必要進行布線網絡的傳輸線分布參數分析。
EDA開發廠商也漸漸意識到用戶在EMC/EMI模擬仿真領域的需求，德國的INCASES公司為設計者提供了EMC/EMI模擬仿真分析的軟件包EMC-WORKBENCH，成為該行業的領袖并多次主持了IEEE在EMC/EMI方面的研討會。EMC-WORKBENCH能夠滿足電路設計者在電磁兼容方面的迫切需求，改進了PCB設計的流程，簡化后期硬件調試中許多繁雜的工作。
同時，IC內部也要充分考慮到EMC/EMI的問題。目前，大部分芯片廠商都會處理好IC內部的EMC/EMI的問題。但廣大的設計者也應當留意芯片中可能存在的問題，同時將EMC/EMI的解決在板極上做到極致。
電子工程師們可以利用仿真工具，并有效綜合設計經驗，可以更好地提高產品的質量和產品的可靠性。
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PCB設計中的對EMC/EMI的分析目標信號完整性分析包括同一布線網絡上同一信號的反射分析，阻抗匹配分析，信號過沖分析，信號時序分析等等;對于鄰近布線網絡上不同信號之間的串擾分析。在信號完整性分析時還必須考慮布線網絡的物理拓撲結構，PCB介質層的電介質特性和介電常數以及每一布線層的電氣特性。現在已經有了抑制電子設備和儀表的EMI的國際標準，統稱為電磁兼容(EMC)標準，它們可以作為PCB設計者布線和布局時抑制電磁輻射和干擾的規則，對于軍用電子產品設計者來說，標準會更嚴格，要求更苛刻。對于由多塊PCB板通過總線連接而成的系統，還必須分析不同PCB板之間的電磁兼容性能以及接口電路和連接器的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電氣特性，之后才能更好地具體模擬仿真。目前應用較多的有IBIS和SPICE模型。IBIS(I/O Buffer Interface Specification)，即ANSI/EIA-656，是一種通過測量或電路仿真得到，基于V/I曲線的I/O緩沖器的快速而精確描述電氣性能的模型。
1990年由INTEL牽頭、聯合數家著名的半導體廠商共同制定了IBIS V1.0的行業標準，經過不斷的完善和發展，于1997年更新為IBIS V3.0.現在此標準已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等數百家半導體廠商支持，同時Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的軟件中也添加了有關IBIS的功能模塊。
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應用EMC/EMI仿真來提高PCB設計的質量在PCB布局布線結束后，將GERBER文件做成電路板之前對電路設計進行EMC/EMI的分析和模擬仿真。同時依據實際電路的動態工作頻率分析信號的強度、時延等特性。如果設計的PCB中含有與外部的接口，IC上外加了散熱器或電路本身功耗大時，必須進一步進行電磁輻射的模擬仿真分析。對于高速電路有必要進行布線網絡的傳輸線分布參數分析。
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同時，IC內部也要充分考慮到EMC/EMI的問題。目前，大部分芯片廠商都會處理好IC內部的EMC/EMI的問題。但廣大的設計者也應當留意芯片中可能存在的問題，同時將EMC/EMI的解決在板極上做到極致。
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