【導讀】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,走線(xiàn)密度也越來(lái)越高,信號的頻率也越來(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(guò)程中的EMC分析和模擬仿真 是一個(gè)薄弱環(huán)節。同時(shí),EMC仿真分析目前在PCB設計中逐漸占據越來(lái)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(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)序分析等等;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 )的物理拓撲結構,PCB介質(zhì)層的電介質(zhì)特性 和介電常數以及每一布線(xiàn)層的電氣特性?,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PCB設計者布線(xiàn)和布局時(shí)抑制電磁輻射和干擾的規則,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。對于由多塊PCB板通過(guò)總線(xiàn)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(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.現在此標準已被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。IC的SPICE模型是各半導體廠(chǎng)商的商業(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(lái)生成。目前,一般都可以從器件廠(chǎng)商那里拿到IBIS模型。
應用EMC/EMI仿真來(lái)提高PCB設計的質(zhì)量在PCB布局布線(xiàn)結束后,將GERBER文件做成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 )的傳輸線(xiàn)分布參數分析。
EDA開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商也漸漸意識到用戶(hù)在EMC/EMI模擬仿真領(lǐng)域的需求,德國的INCASES公司為設計者提供了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方面的研討會(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)了PCB設計的流程,簡(jiǎn)化后期硬件調試中許多繁雜的工作。
同時(shí),IC內部也要充分考慮到EMC/EMI的問(wèn)題。目前,大部分芯片廠(chǎng)商都會(huì )處理好IC內部的EMC/EMI的問(wèn)題。但廣大的設計者也應當留意芯片中可能存在的問(wèn)題,同時(shí)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(jīng)驗,可以更好地提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。