【導讀】PCB設計能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例，PCB設計會(huì )直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力，甚至是基本功能。更為重要的是，PCB設計成功與否直接影響著(zhù)產(chǎn)品的上市時(shí)間。
PCB設計能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例，PCB設計會(huì )直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力，甚至是基本功能。更為重要的是，PCB設計成功與否直接影響著(zhù)產(chǎn)品的上市時(shí)間。在這個(gè)瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，能夠領(lǐng)先競爭對手一步推出產(chǎn)品，市場(chǎng)反響或將出現天壤之別。因此，為保證產(chǎn)品上市時(shí)間這一首要任務(wù)，很多公司評估項目的時(shí)候會(huì )有一個(gè)PCB設計一板成功率的指標。
然而，PCB設計一板成功率并不是很高。數據顯示，由于PCB設計出現問(wèn)題導致項目產(chǎn)生額外費用或錯過(guò)發(fā)布日期的占比高達58%。設計失敗還將帶來(lái)高昂的成本，據生命周期洞察研究顯示，每次重新設計需要 8.5 天，每次重新設計的成本為4.4萬(wàn)美元，每個(gè)項目平均2.9次重新設計……
阻礙電源設計進(jìn)化的幾大痛點(diǎn)
隨著(zhù)行業(yè)應用日趨廣泛多元，電源產(chǎn)品也不斷向高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化方向發(fā)展。同時(shí)，電源產(chǎn)品的封裝結構、外形尺寸也日趨標準化，以適應全球一體化市場(chǎng)的要求。在此趨勢下，電源產(chǎn)品的PCB設計面臨著(zhù)更大的挑戰，主要包括電源轉換效率、熱分析、電源平面完整性和EMI（電磁干擾）等。
首先是電源轉換效率。轉換效率是指電源的輸出功率與實(shí)際消耗的輸入功率之比，在實(shí)際應用中，電能不能完全轉化，中間會(huì )有一定的能量消耗，所以，無(wú)論哪種電路，在電源轉換中必然存在效率問(wèn)題。對于線(xiàn)性電源，需要考慮LDO的散熱問(wèn)題；對于開(kāi)關(guān)電源，要考慮開(kāi)關(guān)管的損耗問(wèn)題。
其次，有能量損耗就必然會(huì )產(chǎn)生熱量，這就涉及到散熱的問(wèn)題。除此之外，隨著(zhù)負載變重，促使電源芯片的功耗加大，所以，在電源設計中熱分布是個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。
再者是電源平面完整性設計。保持電源的完整性，就是保持電源的穩定供電。在實(shí)際系統中，總是存在不同頻率的噪聲。比如PWM的固有頻率或PFM可變頻率控制信號，快速的di/dt會(huì )產(chǎn)生電流波動(dòng)的信號，所以一個(gè)低阻抗的電源平面設計是必要的。
最后是EMI（電磁干擾）問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源在不斷的開(kāi)和關(guān)就會(huì )產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲，如果在設計過(guò)程中沒(méi)有考慮回路電感問(wèn)題，過(guò)大的回流路徑會(huì )產(chǎn)生EMI問(wèn)題。
業(yè)界一直尋求能提高電源PCB設計成功率的方法。經(jīng)驗表明，在設計過(guò)程中，如果能提前預知可能的風(fēng)險并規避，成功率將會(huì )大幅度提高。由此，選擇一款合適的設計仿真工具就顯得尤為重要。
簡(jiǎn)單易用的設計和仿真工具
PADS Professional就是一款很適用于電源PCB設計的工具。PADS系列工具的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，上手快，設計靈活，用戶(hù)的自由度非常高。而PADS Professional是PADS家族最高階的套裝，適合需要處理一切的工程師。PADS Professional相比PADS軟件在設計和管理方面有更大的優(yōu)勢，在電子產(chǎn)品日益復雜和大型企業(yè)對于管理規范的要求日趨嚴格的環(huán)境下，PADS Professional擁有更加廣闊的應用空間。
與競品相比，PADS Professional 功能強大，而且易學(xué)易用，價(jià)格還很實(shí)惠，它能為經(jīng)驗豐富的用戶(hù)提供所需的全部功能。此外，它的直觀(guān)易用特點(diǎn)使得業(yè)余用戶(hù)也可以利用它來(lái)提高生產(chǎn)率。
Hyperlynx系列仿真工具包括HyperLynx SI/PI、HyperLynx DRC等軟件，可以分別完成信號完整性、電源完整性、DRC檢查，以及熱仿真和模擬仿真等不同的仿真需求。該系列工具特點(diǎn)是運行速度快，使用簡(jiǎn)單。
而Xpedition是一個(gè)企業(yè)級解決方案，具有完整的設計流程，包括元器件庫設計與管理、原理圖設計、PCB設計、生產(chǎn)數據的處理、SI/PI仿真、EMC/EMI分析、熱分析及數?；旌戏抡娴?。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，強大的流程管理和數據管理、并行設計，協(xié)同設計，集成式驗證等優(yōu)勢是Xpedition獨有的標簽。
具體來(lái)看，PADS Professional使用Xpedition技術(shù)，提供了無(wú)可比擬的性能及超值的價(jià)格，另外通過(guò)搭載HyperLynx套件，提供信號/電源完整性和熱分析和驗證設計，滿(mǎn)足PCB硬件工程師在電路板設計流程的任何需求。
PADS Professional和HyperLynx軟件的有效結合，可以幫助PCB工程師有效地分析、解決并驗證關(guān)鍵的要求，以避免代價(jià)高昂的返工，將產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)，并降低成本。
一體化解決方案對癥電源設計難題
按照傳統電源設計流程，在完成每一個(gè)環(huán)節后都需要工程師單獨進(jìn)行評審，確認無(wú)誤后再進(jìn)入下一環(huán)節。具體來(lái)說(shuō)，電源設計首先要完成電路圖的理論和功能性仿真驗證，再進(jìn)行原理圖繪制，然后再進(jìn)行信號完整性等分析，接下來(lái)，由版圖設計工程師完成layout設計，之后給到EMI工程師去進(jìn)行電磁干擾性驗證。整個(gè)流程高度依賴(lài)于人工檢查，耗時(shí)比較長(cháng)。
隨著(zhù)電子設計要求的提高，電路變得更復雜，上市時(shí)間更緊迫，傳統的流程已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。業(yè)內開(kāi)始逐漸意識到，電源設計不再是只靠一兩個(gè)工程師的“單打獨斗”而是需要多個(gè)部門(mén)進(jìn)行“聯(lián)合作戰”。
基于此，電源設計一體化解決方案可謂應運而生。該方案緊密結合了PADS Professional、HyperLynx、Xpedition AMS等套件，有效組合成集成驗證平臺，幫助工程師一體化完成從最初的電源設計、仿真驗證到最終的結果輸出，極大優(yōu)化了流程。整個(gè)方案會(huì )帶來(lái)多重好處，其中就包括縮短上市時(shí)間，提高穩定性，減少設計風(fēng)險和降低成本。
這樣的解決方案無(wú)疑對行業(yè)是一大利好，而帶來(lái)此種方案的正是著(zhù)名EDA廠(chǎng)商Mentor公司。據了解，Mentor公司把需要用到的工具按照電源設計的需求做了專(zhuān)門(mén)的參數優(yōu)化，使用6個(gè)工具（PADS Professional & Xpedition AMS、HyperLynx SI/PI、HyperLynx DRC、HyperLynxThermal）組成一個(gè)完整的解決方案，工程師直接上手使用就可以。
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