Современные решения для производства электроники

CST PCB STUDIO - анализ целостности сигналов в печатных платах

CST PCB STUDIO (CST PCBS) - набор специальных инструментов для быстрого и точного численного моделирования печатных плат. Функционал продукта нацелен на поиск и решение классических проблем ЭМС печатных плат, определяемых на этапе разработки: поиск резонансов, отражений, перекрестных искажений, а также анализ шумов цепей питания, заземления и коммутации. CST PCB STUDIO поддерживает большинство форматов импорта из современных систем проектирования печатных плат: Altium, Cadence, Mentor Graphics или Zuken. В процессе загрузки топологии платы выполняется автоматический поиск и устранение возможных геометрических ошибок модели, которые в дальнейшем могут препятствовать процедуре численного моделирования.

На рисунке ниже изображен проект восьмислойной печатной платы, импортированный из системы проектирования Cadence Allegro. Здесь специальный инструмент распознавания проводников автоматически выделяет по заранее устанавливаемым критериям группы трас, которые в дальнейшем будут участвовать в численном моделировании. Пользователю нет необходимости прибегать к ручному поиску интересующих цепей в нетлисте или на принципиальной схеме, что сокращает время на подготовку проекта.

Subset of a real world PCB design with one microcontroller IC100 (left) and four other ICs (right) two of which are hidden since they are placed on the bottom layer. The highlighted nets are loaded with driver signals and investigated in this article

 

Вычислители CST PCB STUDIO

Продукт CST PCB STUDIO (CST PCBS) объединяет в себе три метода численного моделирования, покрывающих широкий спектр анализируемых плат.


Метод построения частичных эквивалентных схем (PEEC-вычислитель)

Для однослойных или двухслойных печатных плат, работающих в низком или среднем диапазоне частот, наиболее оптимальным способом моделирования будет метод построения частичных эквивалентных схем (Partial Element Equivalent Circuit PEEC). Принцип его работы основан на построении эквивалентных SPICE моделей выделенных цепей, путем сегментирования их на отдельные участки. Для каждого участка производится расчет погонных сопротивлений, индуктивностей, емкостей и проводимостей, а также эквивалентных элементов магнитной или электрической связи между проводниками. Указанный метод используется либо самостоятельно для расчета эквивалентной схемы, либо в составе вычислителя падений напряжения IR-Drop.

Voltage distribution at 1.8 volt power plane. 

Расчет падений напряжения IR-Drop вычислителем


Вычислитель методом построения эквивалентных линий передач (Transmission Line Solver)

В случае анализа целостности сигнала на высокоскоростных многослойных печатных платах  рекомендуется использовать метод замещения модели линиями передачи. Данная техника автоматически разделяет проводники платы вдоль их длины на участки однородного сечения и для каждого из них рассчитывает все необходимые параметры линии передачи. Затем получившиеся участки интегрируются в иерархическую финальную модель, которая будет учитывать все паразитные электромагнитные явления: время запаздывания, отражения и поперечные помехи в многоканальных передающих линиях или шинах. Учет скин-эффекта и диэлектрических потерь выполняется одинаково точно как во временной, так и в частотной области. Указанный метод активируется как самостоятельно, так и посредством вычислителей SI-TD, SI-FD.

а) до оптимизации

б) после оптимизации

Оптимизация целостности сигнала: значительное снижение уровня всплеска.


Вычислитель методом конечных элементов в частотной области (3DFEFD)

Работа вычислителя 3DFEFD основана на частотном методе конечных элементов с применением декомпозиции расчетной области. Базис метода образуют специальные функции, оптимизированные для работы с планарными структурами. Данный вычислитель главным образом ориентирован на моделирование целостности цепей питания в составе высокоскоростных печатных плат. Проводники в таких случаях представлены не в форме тонких линий передач, а в виде широких проводящих областей. По этой причине в вычислителе отсутствует возможность выбора цепей для исследования, и моделирование выполняется на уровне всех проводящих участков, входящих в состав проекта. 3DFEFD−солвер используется как самостоятельно, так и в составе PI (Power Integrity) вычислителя.

Следует добавить, что в CST PCB STUDIO доступен инструмент оптимизации числа и положения развязывающих конденсаторов (decap tool), используемых для подавления шумов цепей питания. В процессе настройки импеданса используется 3DFEFD−вычислитель, что позволяет точно учитывать как паразитные индуктивности и сопротивления – источники шумов, так и переходные отверстия.

Пример оптимизации импеданса цепи питания

keyboard_arrow_leftВсе продукты раздела CST