PCB布局前后仿真有(yǒu)何區(qū)别？

2020-03-16

放置元件和PCB布線(xiàn)后对印刷電(diàn)路板设计的仿真效果很(hěn)好，但事先仿真效果更好。

大多(duō)数高速印刷電(diàn)路板（PCB）设计人员都熟悉模拟布局和布線(xiàn)電(diàn)路板的性能(néng)。尽管如此，一个问题又(yòu)一次又(yòu)一次出现：“在布置電(diàn)路板之前，您可(kě)以模拟什么？” 本文(wén)将解释布局前和布局后仿真之间的區(qū)别，并回答(dá)上述问题。

模拟PCB设计

電(diàn)子電(diàn)路设计的成功通常取决于模拟。无论是信号完整性，電(diàn)源完整性，電(diàn)磁兼容性，模拟还是热模拟，它们都能(néng)揭示有(yǒu)关设计可(kě)行性，裕度和限制的信息。我们可(kě)能(néng)会在電(diàn)路板布局之前和之后进行模拟，目的是不同的，但是目标仍然是相同的，以推动设计变更。

布局前和布局后的主要區(qū)别在于布局前仿真是在完成PCB布局之前进行的，而布局后仿真则以完成的PCB布局為(wèi)基础。例如，对于信号完整性仿真，这意味着可(kě)以在布局后分(fēn)析中使用(yòng)精确長(cháng)度的走線(xiàn)。此外，取决于细节的数量，诸如痕迹与通孔抗垫的接近程度以及其他(tā)平面空隙的标准也可(kě)以包括在分(fēn)析中。

在布局前和布局后，我们将物(wù)理(lǐ)参数转换為(wèi)電(diàn)路元件和其他(tā)数學(xué)模型以进行仿真。但是，对于布局前仿真，我们必须建立電(diàn)路原理(lǐ)图以包括仿真的所有(yǒu)元素。出于信号完整性的目的，这包括IC缓冲區(qū)模型，封装模型，走線(xiàn)模型，过孔，分(fēn)立组件以及任何连接器和電(diàn)缆。在電(diàn)源完整性方面，这包括平面形状，缝合过孔，電(diàn)容器，電(diàn)源和负载（IC）。

布局后仿真涉及从布線(xiàn)板中提取物(wù)理(lǐ)信息。像迹線(xiàn)，平面和具有(yǒu)定义的几何形状的过孔之类的项目以及诸如分(fēn)立器件之类的更简单的组件都会自动建模。我们為(wèi)IC，连接器和其他(tā)连接的组件添加了模型，以运行仿真。在每种情况下，这些用(yòng)户输入都转换為(wèi)模拟器使用(yòng)的模拟示意图。而且，两种类型的模拟具有(yǒu)相同的模拟结果。对于信号完整性仿真，结果显示為(wèi)识别信号质量和时序信息的时间/電(diàn)压波形，并且可(kě)以显示為(wèi)波形或数据表。

在布置電(diàn)路板之前，您可(kě)以模拟什么？

布局前仿真的主要目的是开发设计约束，而布局后仿真的主要目标是验证是否符合这些约束。约束可(kě)以通过多(duō)种方式传达给PCB设计人员，形成Word文(wén)档；作為(wèi)内置在原理(lǐ)图和布局工具中的自动约束；甚至写在餐巾纸上 设计约束可(kě)确保電(diàn)路板设计成功。因此，必须进行与布局前和布局后仿真相关的各种任務(wù)。

以長(cháng)度约束為(wèi)例。许多(duō)不同的電(diàn)气约束可(kě)以驱动長(cháng)度约束-可(kě)能(néng)满足某些时序要求或需要控制信号的损耗量。例如，布局前仿真可(kě)以通过改变迹線(xiàn)的長(cháng)度，直到接收器处出现闭合眼图，来帮助确定串行器/解串器（SERDES）信号的最大長(cháng)度。

眼图是在同一时间间隔内相互重叠的多(duō)个位的显示，以显示位流的最坏情况。相同的眼图模拟将在完整的布局上运行，以确保眼睛仍然张开。

布局前仿真还可(kě)以证明電(diàn)路板级设计概念。假设某种硬件设计要求使用(yòng)几个连接器的多(duō)个板通过長(cháng)距离路由总線(xiàn)。布局前仿真显示了这种配置是否允许接收器处的信号符合设计规范。此外，借助预布局仿真，工程师可(kě)以了解总線(xiàn)在设计中的局限性，并制定成功实施这些总線(xiàn)的计划。

布局后确认

另一方面，布局后仿真主要用(yòng)于验证完成的设计。创建后，它会验证所有(yǒu)设计约束。在将仿真与测量进行比较时，布局后仿真也很(hěn)方便。这对于确保由布局前仿真创建的约束基于PCB的声音建模非常重要。

故障排除是布局后仿真的另一个有(yǒu)用(yòng)的应用(yòng)程序。在实验室中使用(yòng)原型确定问题时，布局后仿真可(kě)用(yòng)于研究问题的可(kě)能(néng)原因。确定后，可(kě)以使用(yòng)探索性仿真（通常在与布局前仿真相同的假设环境中执行）来找到解决方案。

结论

仿真和分(fēn)析专家倾向于同意，大多(duō)数仿真工作应采用(yòng)预布局设计。这是一个很(hěn)好的建议，因為(wèi)设计更改在设计周期中往往会更加昂贵。具體(tǐ)来说，完成布局后进行的任何更改所花(huā)费的成本比最初避免的更改高10倍。原型制作后进行更改的成本可(kě)能(néng)会增加10倍。

即便如此，使用(yòng)布局后仿真在设计周期的早期发现问题仍比尝试修理(lǐ)运输产品便宜几个数量级。不管偏好是布局前仿真，布局后仿真还是两者的结合，很(hěn)明显，如果没有(yǒu)选择，设计失败的风险将急剧上升。简而言之，仿真对于理(lǐ)解您的PCB设计以及设计可(kě)靠，成功的产品至关重要。