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江蘇無錫PCB設計之手機電路板設計

time : 2021-05-14 10:53       作者:凡億pcb

從PCB設計談高性能手機仿真優化
PCB 板是電子產品的基礎組件,其質量好壞直接關系到電子產品的功能和壽命。近兩年,PCB 市場重點已從計算機、通信領域轉向智能手機、平板電腦類移動終端。與此同時,電子產品包括智能手機也日益朝著智能化、輕薄化、精密化方向發展。隨著系統復雜性的與日俱增,將給 PCB 設計人員帶來更大的設計難度,他們也將很難在設計開發早期階段就發現問題。
1 設計前的可行性分析
據了解,針對 PCB 不同的板型和 IC 平臺方案,同一款手機或同時有幾個團隊在進行幾套不同的 PCB 設計方案,在存在多種 PCB 方案都需要評估時,前期的可行性分析(布局及布線通道評估)將依賴資深工程師花費大量的時間。
此外,當前一款電子產品的研發,PCB 板尺寸越來越小,器件數量顯著增加,同樣為 PCB 設計帶來了不小的困擾。在 100%布通率的前提下,還要兼顧信號質量和可制造性等多方面的因素。在保證質量的前提下,同時又要追求更高的性價比,這就給項目增加了更大的難度。這些問題都將就導致在整個產品研發周期內,前期評估時間占據了很大的比例。
而傳統的評估方式有兩種:一是根據經驗判斷,其缺點是評估結果不夠準確;二是根據實際的布局布線來評估,此方式評估結果精準,但耗時過長。另外,上述兩種方式均面臨著評估無法協同進行、評估結果很難被復用的缺點。
如何快速精準地進行前期的評估,得到可行性的設計方案,是加速產品上市的重要之舉。為此,Mentor 帶來了基于 Xpedition 的高效布局平臺。借助該平臺,在滿足精準評估的同時還能節省時間,評估結果還可以被后面的設計團隊直接復用,加速產品設計。實驗證明,傳統評估方式需要兩到三周時間,而采用 Mentor 的評估方案,時間將縮短在一周之內,相當于為客戶節省了三分之二的時間。
為何 Mentor 的平臺能獨具優勢?一方面,當前主流的手機芯片廠商大多是基于 Mentor 的 Xpedition 平臺進行開發,由此,當他們的產品交給下游手機廠商后,若后者同樣采用 Mentor 平臺,就可直接復用參考設計,并做精準的評估。另一方面,Xpedition 平臺上的工具眾多、功能健全,得以加速評估,提高效率。
據了解,目前主流的手機廠商基本都采用了 Mentor 的平臺方案進行手機設計的前期評估。
無錫pcb設計
2 PCB布線后的仿真優化
隨著 PCB 高速信號設計越發普遍,電子電路的設計越發面臨信號完整性、電源完整性、熱、電磁兼容等問題挑戰。因此,在經過前期的可行性分析,并完成 PCB 板的布線后,還需要對 PCB 板進行仿真驗證。在設計中引入仿真驗證手段,將大大提升產品開發效率、設計正確性。
在這其中,電源完整性仿真是主要的挑戰之一。電源完整性設計的水平直接影響著系統的性能,如整機可靠性,信噪比與誤碼率,及 EMI/EMC 等重要指標。隨著電路信號邊沿速率上升、大量 I/O 同時切換、低功耗設計等變化到來,電源傳輸問題日益重要。就以智能手機為例,其 PCB 板的電源仿真面臨著幾大痛點:手機設計中的 Power Domain 分組往往非常復雜,為了進行電源完整性仿真,工程師往往需要花費非常多的時間在繁瑣的端口設定上,使得仿真過程花費大量時間,還將導致工程師沒有時間做去耦電容的優化。
為此,Mentor 帶來自動化的電源優化方案。傳統的方法需要大量時間編輯端口,采用 Mentor 自動化設定端口方案,客戶可根據 Power Domain 信息,自動創建需要的端口,可以大大縮短端口編輯時間。實驗證明,采用此方案,端口建立所需時間可從 2 天降低至十分鐘,而在設計出現改動后也無需花費大量時間重新編輯端口。另外, Mentor 還提供了自動去耦方案優化方案,HyperLynx 軟件平臺可自動識別去耦電容的端口模式,通過調用 PDN 優化器,使用優化算法進行自動優化,做到同時減少電容種類和數量。
與此同時,去耦方案的常規檢查、去耦設計的前期評估、EMI 相關的電源平面檢查等難題統統可通過 Mentor 方案迎刃而解。
3 重要的軟件工具
優異的評估和仿真方案的實現離不開重要軟件平臺的支撐,上述方案主要涉及到 Mentor 的 Xpedition、HyperLynx PI、HyperLynx DRC 等軟件平臺。
Xpedition 是一個企業級解決方案,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。與同類產品相比,強大的流程管理和數據管理、并行設計,協同設計,集成式驗證等優勢是 Xpedition 獨有的標簽。
而面向 PCB 設計人員的新 Xpedition 平臺,為設計師提供了用于復雜 PCB 物理設計、分析和加工一整套可伸縮的工具,它將交互設計和自動布線有機地整合到一個設計環境中。設計師可以定義所有設計規則,包括高速布線約束,創建板型,布局,交互布線和自動布線等,直到加工文件生成。采用 Xpedition 平臺實現了設計流程中的驗證,從而使部署更加簡單,加快實現結果的速度,并使客戶能夠最大化投資回報。
HyperLynx 是 Mentor 公司的電子電路仿真驗證系列工具,提供了完整的仿真分析功能,包括電氣設計規則檢查(DRC/ERC)、信號完整性(SI)、電源完整性(PI)、板級熱分析、3D 電磁場建模分析等。這一套完整的分析和驗證軟件,可以在 PCB 設計流程中隨時滿足工程師的需求。通過與設計流程的緊密集成,HyperLynx 使 PCB 工程師能夠有效地分析,解決和驗證設計的關鍵需求,以避免代價高昂的重復性設計,加快上市時間和降低成本。
其中,HyperLynx DRC 是一個強大、快速、可全面自定義的設計規則檢查工具。它可以對不易仿真的復雜設計規則進行驗證,例如 EMI/EMC 規則。
HyperLynx PI 是 Mentor 針對日益顯著的電源完整性(PI)問題推出的分析工具。其界面友好,易學易用,可以快速得到仿真結果。HyperLynx PI 能夠識別潛在的直流電源分配問題、優化 PDN 電源分配網絡等。
據了解,93%的 HyperLynx 客戶認為采用 HyperLynx 進行虛擬原型制作可以通過最大程度地減少重復設計并消除物理原型來降低成本和設計時間。
如果說此前工程師還苦于沒有找到合適且優異的前期評估和仿真驗證方案,現在機會來了,Mentor 不僅帶來了方案,還為此進行了專題研討會。
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