由于PCB板上的電子器件密度越來(lái)越大，走線(xiàn)越來(lái)越窄，信號的頻率越來(lái)越高，不可避免地會(huì )引入EMC（電磁兼容）和EMI（電磁干擾）的問(wèn)題，所以對電子產(chǎn)品的電磁兼容分析顯得特別重要。與IC設計相比，PCB設計過(guò)程中的EMC分析和模擬仿真是一個(gè)薄弱環(huán)節。

具體來(lái)說(shuō)，信號完整性分析包括同一布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上同一信號的反射分析，阻抗匹配分析，信號過(guò)沖分析，信號時(shí)序分析，信號強調分析等；對于鄰近布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上不同信號之間的串擾分析。在信號完整性分析時(shí)還必須考慮布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的幾何拓撲結構，PCB絕緣層的電介質(zhì)特性以及每一布線(xiàn)層的電氣特性。電磁輻射分析主要考慮PCB板與外部的接口處的電磁輻射，PCB板中電源層的電磁輻射以及大功率布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)工作時(shí)對外的輻射問(wèn)題。如果電路設計中采用了捆綁于大功率IC上的散熱器（例如奔騰處理器外貼的金屬散熱器），那么這樣的散熱器在電路動(dòng)態(tài)工作中如同天線(xiàn)一樣不停地向外輻射電磁波，因此必須列為EMC分析的重點(diǎn)?，F在已經(jīng)有了抑制電子設備和儀表的EMI的國際標準，統稱(chēng)為電磁兼容（EMC）標準，它們可以作為普通設計者布線(xiàn)和布局時(shí)抑制電磁輻射和干擾的準則，對于軍用電子產(chǎn)品設計者來(lái)說(shuō)，標準會(huì )更嚴格，要求更苛刻。

對于高速數字電路設計，尤其是總線(xiàn)上數字信號速率高于50MHz時(shí)，以往采用集總參數的數學(xué)模型來(lái)分析EMC/EMI特性顯得無(wú)能為力，設計者們更趨向于采用分布參數的數學(xué)模型做布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的傳輸線(xiàn)分析（TALC）。對于多塊PCB板通過(guò)總線(xiàn)連接而成的電子系統。還必須分析不同PCB板之間的電磁兼容性能。

EMC/EMI元件庫的支持

如今一塊電路板可能包括上百種來(lái)自于不同廠(chǎng)家、功能各異的電子元器件，設計者要進(jìn)行EMC/EMI分析就必須了解這些元器件的電氣特性，之后才能具體模擬仿真。這在以往看來(lái)是一項艱巨的工作，現在由于有了IBIS和SPICE等數據庫的支持，使得EMC分析的問(wèn)題迎刃而解。鑒于SPICE3，HSPICE，PSPICE 這些數據模型已為廣大的電路設計者所熟知，在此著(zhù)重介紹IBIS。IBIS（I/O Buffer Interface Specification)，即ANSI/EIA-656，是一種通過(guò)測量或電路仿真得到，基于V/I曲線(xiàn)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(lián)合數家著(zhù)名的半導體廠(chǎng)商共同制定了IBIS V1.0的行業(yè)標準，經(jīng)過(guò)不斷的完善和發(fā)展，于1997年更新為IBIS V3.0?，F在此標準已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等數百家半導體廠(chǎng)商支持，同時(shí)Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的軟件中也添加了有關(guān)IBIS的功能模塊。

IBIS文件是一種文本文件，是通過(guò)標準軟件格式生成的"行為"信息的描述，以說(shuō)明IC的模擬電氣特性。多數IBIS模塊來(lái)源于SPICF模型，也可用實(shí)際測量得到的V/I曲線(xiàn)描述模型。IC的SPICE模型是各半民體廠(chǎng)商立足的商業(yè)秘密，受到知識產(chǎn)權的保護，而IBIS模型是對用戶(hù)完全開(kāi)放的數據，所以設計者可以免費得到這些數據。大多數半導體廠(chǎng)商在自己的網(wǎng)站上或產(chǎn)品CD-ROM中發(fā)布相關(guān)IC的IBIS數據。由于EDA廠(chǎng)家和電子元器件廠(chǎng)商聯(lián)合支持IBIS和SPIICE等數據模型，設計者可以安心地將它們用于電路的模擬仿真或用于EDA工具中，輕松地進(jìn)行EMC/EMI分析。

EMC/EMI模擬仿真與PCB設計相結合

以往的電子電路設計，工程師們多是憑借多年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗在PCB制成后，在硬件調試或電子設備的整機調試過(guò)程中解決EMC的問(wèn)題，這顯然是一種定性不定量的、不可靠、不精確的方法。進(jìn)入90年代以來(lái)，電子產(chǎn)品向著(zhù)低功耗、低電磁輻射，小型化和輕型化的方向發(fā)展，而且要求能在復雜惡劣的環(huán)境中工作，為了盡量縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，工程師們不得不另辟新徑。更理想的PCB設計流程如圖1所示，在PCB設計的布局和布線(xiàn)階段加入EMC/EMI的準則。

例如為了減少并行信號走線(xiàn)間的相互串擾，可以為為規定線(xiàn)線(xiàn)之間的距離不能小于一定的值。為了減少信號的反射，使輸入輸出阻抗匹配，避免出現振鈴現象，可以規定布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的幾何拓撲結構，走線(xiàn)的長(cháng)度，甚至于在信號的驅動(dòng)端事輸出端端接阻容器件（常用的方法有串接電阻，并接上拉、下拉或上下接電阻，也可采用箝位二極管等方法）。在PCB布局布線(xiàn)結束后，在制作實(shí)際電路板之前對電路設計進(jìn)行EMC/EMI的分析和模擬仿真。同時(shí)依據實(shí)際電路的動(dòng)態(tài)工作頻率分析信號的強度、時(shí)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(shí)，必須進(jìn)一步進(jìn)行電磁輻射的模擬仿真分析。對于高速電路有必要進(jìn)行布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的TALC傳輸線(xiàn)分布參數分析。新加入的這些設計階段的步驟，實(shí)際上是把以前硬件調試的一些工作提前到計算機的設計平臺上來(lái)完成，其優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。因為有IBIS和SPICE等數據庫的支持，以往EMC/EMI不定量的捉摸不定的分析變?yōu)榫_的與實(shí)測差別細微的計算結果，設計者根據模擬仿真的結果可以避免產(chǎn)品電磁兼容性差的弊病。

EDA開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商也漸漸注意到用戶(hù)在EMC/EMI模擬仿真領(lǐng)域的需求，德國的INCASES公司為設計者提供EMC/EMI模擬仿真分析的軟件包EMC-WORKBENCH，成為該行業(yè)的領(lǐng)袖并多次主持了IEEE在EMC/EMI方面研討會(huì )。EMC-WORKBENCH能夠滿(mǎn)足電路設計者在電磁兼容方面的迫切需求，改進(jìn)PCB設計的流程，簡(jiǎn)化后期硬件調試許多繁雜的工作。

圖題：典型PCB設計流程

IC內部布局和布線(xiàn)時(shí)必須充分考慮EMC的問(wèn)題；眾多的EPLD和FPGA軟件在生成最終熔絲圖之前也要分析EMC的問(wèn)題；對于構成電子系統的PCB必須分析電磁兼容和電磁干擾特性，這樣的設計原則正在越來(lái)越多的電路設計者中達成共識。由于有了EMC/EMI的模擬仿真使PCB的設計進(jìn)入了新的時(shí)代，電子工程師們利用它可以在短期內設計出高質(zhì)量高可靠性的產(chǎn)品。EMC/EMI模擬仿真分析的實(shí)施，必將給電路設計者和PCB制造業(yè)帶來(lái)無(wú)限商機。