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PCB电路板的电子设计是一项非常复杂的任务，它通常从逻辑设计开始以实现所需的功能，然后，需要生成布线，通常应用复杂的自动布线，最后需要对布线进行仿真，以验证设计是否有效。

典型的PCB布线可能具有多层、数千个网络，并且随着带宽需求的增长和功率密度的不断提高、数据传输速度越来越快，复杂度只会不断增加。

 

这就带来一个多物理场问题。电气、热力和机械方面的指标都很重要，要平衡所有这些设计要求无疑是很大的挑战。

本文讲讨论利用达索系统的SIMULIA CST多物理场PCB仿真解决方案来优化PCB板设计。在阅读本文之前，先熟悉几个概念。

 

[PI-Power Integrity]– 电源完整性，确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。电源完整性涉及的层面包括芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。

[SI-Signal Integrity] – 信号完整性是对于电子信号质量的一系列度量标准。在短距离、低比特率的情况下，一个简单的导体可以忠实地传输信号。而长距离、高比特率的信号如果通过几种不同的导体，多种效应可能降低信号的可信度，这样系统或设备就不能正常工作。

[EMC – Electromagnetic Compatibility] – 设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何其它事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

[Eye Diagram] – 眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。

[Via Stub] – PCB板的过孔连接柱。过孔也称金属化孔。在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。过孔按其作用分类，可以分为以下几种：信号过孔（过孔结构要求对信号影响最小）、电源或地过孔（过孔结构要求过孔的分布电感最小）、散热过孔（过孔结构要求过孔的热阻最小）。

[Joule heat] – 1841年，英国物理学家焦耳发现电流通过导体时可以产生热量，这种热量叫做焦耳热（Joule heat），单位为焦耳（J）。在某些情况下，电气设备的设计需要使用焦耳热效应；但在另一些情况下，我们又希望避免这种效应。

[ESD- Electro-Static discharge] – 静电释放。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。

我们来看一下PCB内部，通常会看到很多层。这就增加了设计的复杂性。你可以想象，信号需要从一层传递到另一层。

 

这可能就会导致信号完整性以及电磁兼容性方面的问题。因此在PCB制造之前尽早发现设计问题非常重要，避免大量成本浪费，更重要的是缩短上市时间。

 

规则检查

首先让我们来讨论电气方面。在电气方面，需要考虑的关键问题是电源完整性、信号完整性和电磁兼容性。例如，PCB的不同部分之间会存在电磁干扰吗？它会辐射太多电磁场吗？在PCB工作环境中，是否容易受到外部电场的影响？在信号到达时不会产生太大失真的情况下，IC器件会获得稳定的电源吗？

 

为了解决所有这些问题，电路设计师需要进行仿真验证。在进行仿真验证之前，要把PCB的设计结果读入到仿真的平台中。

 

达索系统的SIMULIA CST提供了功能强大的EDA接口工具，该工具可以将流行的EDA工具中的PCB布线格式导入到集成的多物理场和分析环境中，该接口工具还支持中性格式如ODB++，该接口可在所有层中读取网络、组件视图等，使其可以进行下一步的分析和仿真。

[注：ODB++文件是由VALOR（IPC会员单位）提出的一种ASCII码双向传输文件。文件集成了所有PCB和线路板装配功能性描述。ODB++涵盖了PCB设计、制造和装配方面的要求，包括所有PCB绘图、布线层、布线图、焊盘堆叠、夹具等所有信息。它的提出主要用来代替Gerber文件的不足，能够包含有更多的制造、装配信息。]

[注：Gerber格式是PCB行业软件描述线路板（线路层、阻焊层、字符层等）图像及钻、铣数据的文档格式集合，是PCB行业图像转换的标准格式。最初是由Gerber系统公司开发的，后Gerber公司被Barco公司收购，现由Ucamco公司所有。Gerber文档被送到PCB工厂，导入CAM软件，从而为每一道PCB工艺流程提供数据。]

下图是一块典型的主机板。上面有DDR（DDR SDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，也就是双倍速率同步动态随机存储器，DDR内存）、PCIe（peripheral component interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准，扩展卡槽）、SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件，硬盘接口）、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体，电脑主板上用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据）、LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号，显示器接口）等。

 

使用CST，工程师可以

 

1.检查SI，PI和EMC设计的最新规则

 

2.规则检查可智能地将阈值应用于每种信号技术，而用户无需专业知识

 

对PCB板进行分析的一个很好的起点是规则检查，CST具备业界更先进的规则检查器来评估线路布局的电磁性能。这些规则已经由行业专家开发了很多年，检查PCB线路布局中是否存在潜在的信号完整性问题、电源完整性问题和EMC问题。规则内置了很多智能功能，可以为每种信号技术类型配置不同的智能功能。

 

这就使用户更容易以更聪明的方式应用规则。例如，LVDS对USB会有不同的要求或容忍度，用户无需自己弄清楚这一切，所有这些潜在的规则都被纳入检查中。CST的规则工具包中定义了40多种技术，规则可以按频率、上升时间和其他参数进行分类。

让我们看看其中一个规则。这个规则检查与差分网络长度匹配和间距有关。对于理想的差分信令，该对中的两个网络应该是相同长度且对称的，因此信号是互补的。其中一个网络承载信号，另一个网络承载信号反相，电压获得平衡，返回电流也获得平衡，从而相互抵消。由于没有共模电流，接地参考变得不再重要，这就减少了EMC问题。

 

但如果其中一个网络的长度稍长于另一个网络，就会存在一些不平衡现象，会产生共模噪声。从信号完整性的角度来看，这可能不是问题，但对于EMC来说可能是个大问题。

规则检查器将扫描PCB板的线路布局并识别出所有偏离行为，并将其与偏离级别一起列出。

 

比如在这种情况下，长度不匹配要求，用户可以选择查看每一个偏离的细节，该工具会自动放大到出现问题的区域并突出显示组件，即网络。在这种情况下，LVDS差分网络之一的长度失配刚好超过1毫米。

帮助设计师识别出此类问题非常重要，因为它使我们有机会在制造PCB之前修改布线，在刚才这种情况下，我们对其中一个网进行一个很小的调整，以减少长度不匹配，从而使网络现在可以通过规则检查。

 

同时我们可以使用仿真来验证信号完整性得到保证，并量化EMC性能的改善。

 

SIMULIA CST PCB工具包含时域和频域信号完整性求解器。这些求解器专为PCB分析而开发，模型设置非常容易，用户需要花费很少的精力。在刚才的例子中，我们使用信号完整性时域求解器来预测500 MHz信号的网络眼图。

 

比较了原始设计和修改后的设计之后，从信号完整性的角度来看，确认新布局是可以的。

我们还可以检查共模电流水平。正如我们所期望的，修改后的设计留出了更少的长度失配，从而产生了更少的共模电流。因此，这样的结果证实了性能的提高，可以帮助证明设计变更的合理性。

我们再来看下一条规则，与电源完整性有关的规则检查。

 

去耦电容器通常放置在电源引脚附近，以提供本地电荷源来提高电源稳定性，其中一项规则分析了配电网络，并检查去耦电容器是否足够靠近其相应的电源或接地引脚。如果距离太大，电感会过高，这将会降低组件的效率。

在这种情况下，规则检查器在IC组件之一附近发现了违规情况。在几个去耦电容器距离1.2V电源系统的电源引脚太远的地方，由于球栅阵列的间距和空间不足，可能难以补救。因此，仿真可用于进一步研究此问题，并实际查看当前设计是否可以接受。

因此，我们可以选择配电网络中的引脚以进行电源完整性分析。在这种情况下，我们将分析千兆媒体独立性接口的电源性能。

CST PCB工具还包括一个集成的电源完整性求解器。模型设置也非常简单。用户只需要选择引脚，定义电压源和电流消耗，并为图中显示的结果卸下去耦电容器即可。这仅是取消选择复选框的问题，这里为我们提供了一种基准结果。

 

求解器会生成一个阻抗与频率的关系图，正如所预期的那样，如果没有去耦电容器，则阻抗过高。求解器还会生成空间阻抗图，这对于理解如何改进设计非常有帮助，我们可以看到阻抗图的红色部分显示了阻抗非常高的区域。

我们可以通过选中复选框并重新仿真来重新安装电容器，可以看到低频处的阻抗大幅减小。电容器还减少了高频下的谐振效应。PCB电源接地层可能会由于其电气尺寸而产生谐振。

 

去耦电容器提供了减少此潜在问题的返回路径，我们可以看到空间阻抗图验证了性能的改善。比例尺与上一个图中的比例相同，现在我们看到的红色少得多，这是一个好兆头。

 

当前的平衡工具包括一个去耦电容器优化器。用户可以为阻抗性能设定目标。

 

在这种情况下，我们首先在右侧显示17个电容器，甚至去掉一些组件，然后运行优化器以查看是否可以达到目标。

优化器的结果表明，使用15个电容器代替17个电容器可以获得类似的性能，通常对于大批量产品而言，这当然是节省成本的重要方法。

另一条规则检查高速网络有没有暴露在外层，因为它们可能会泄露出辐射，从而导致EMC问题。理想情况下，应将它们埋在实体平面之间，以便妥善管理返回电流。

 

规则检查器检查暴露的网络部分，该检查的阈值再次取决于信号技术。在右侧，我们可以在顶层看到一些暴露的网络，这种规则检查的重要性很容易理解，因为手动执行此操作会非常困难。

 

 

规则检查器发现并暴露了DDR-DQ网络之一的裸露走线长度，我们可能想仿真该网络并确定其对辐射的影响。

 

在执行此操作之前，我们需要在DDR网络上再运行一次规则检查，以查看是否有任何过孔连通柱（Via Stub）长于所需范围值。通过端接传输线上的过孔连通柱呈现器，可能会导致严重的信号降级，尤其是在它们发生电谐振的频率附近。

 

实际上，当连通柱的长度等于四分之一波长时，它将产生谐振。再次查看过孔分布的复杂性。自动规则检查以识别问题过孔的重要性很明显。

 

规则检查程序实际上确实为其中一个DDR-DQ网络找到了一个过孔连接柱长度冲突。而且有趣的是，该网络非常接近平面中的裂缝。因此，潜在的问题可能是整个岛上的共振或耦合到插槽中。

 

 

要调查裸露的净长度和通孔长度的DDR-DQ问题，我们使用了非常强大的功能，该功能可以从导入的线路布局创建PCB的完整3D模型。这一点尤为重要，因为需要完整的3D仿真来分析EMC问题，例如辐射发射和磁化率，以及仿真PCB及其工作环境（例如封装）。

 

SIMULIA CST提供了功能强大的3D全波时域和频域求解器，用于仿真3D全波电磁学。

 

[图] 信号传输在10 GHz左右丢失

在这种情况下，我们使用瞬态求解器来预测信号传输。瞬态求解器产生时域响应，该响应通过傅立叶变换转换为频域。它对于宽带问题非常有效，使用户能够从一个解决方案中捕获整个频谱。在此图中，零dB表示沿网络的完美传输。结果表明，外部网络DQ10具有少量的高频DB损失，这是可以接受的。

 

但是，带有通孔连接柱的网络DQ4在10 GHz附近表现出严重的性能下降。

 

我们可以通过仿真辐射发射来做进一步分析。

 

该工具可方便地自动生成一组探头，并自动生成用户指定的距离（在本例下为3米），该距离对应于其中一项标准，测量辐射发射的法规，而且我们在宽带发射仿真中执行。

 

结果显示在右侧，我们可以看到在400兆赫基频处的峰值，然后是所有谐波，这是10GHz左右的数字脉冲序列的典型值。

 

掩埋网络的发射实际上高于裸露网，这确实令人吃惊。通常我们希望电路板外部的网络是造成发射的主要因素，因此我们需要进一步研究。为此，我们可以绘制表面电流分布并尝试查看发生了什么。

 

首先，我们以1 GHz的频率查看电路板外部的裸露网，您会发现表面电流被限制在非常有限的范围内，几乎没有扩散和辐射。

 

如果将频率更改为10 GHz模式，则可以看到电流的散布更多，但似乎并没有明显的辐射。整个电流都得到了很好的管理，而且我们的网在辐射方面没有遇到很大的问题。

 

接下来，让我们看一下DQ4的埋入网络，在1 GHz的频率下，我们可以突然看到过孔连接柱导致了电流扩散。再次如前所述，它们的行为就像在端接的传输线上一样，因此它们可能引起反射并干扰表面电流性能。

 

如果我们将频率设为10 GHz，我们会清楚地看到一个问题，因此目前的趋势非常明显。在这种情况下，过孔连接柱无疑无济于事，看来我们在分离面或孤岛上引起了共振，这导致传输响应中的信号丢失和10 GHz的辐射发射。

热仿真和结构仿真

以上我们谈论了PCB电磁设计的挑战。但PCB设计的挑战并不止于此。在热学和结构设计上同样面临挑战。

根据美国空军航空电子设备完整性计划进行的一项研究，有54％的电子设备故障是由温度相关问题引起的。可能是过热，可能是热应力，可能是疲劳，另一个大因素是振动，大约占到20％到21％的故障。

 

因此，当我们说电子设备工作正常时，我们真的检查设备是否在热方面、热应力、振动下功能正常。

 

 

我们来看看PCB设计的散热方面。还以刚才那块电路板为例。

 

我们考察PCB板上的D1和D2，D7，D8四个芯片区域，同时还希望包括焦耳热对选定迹线的影响，例如1.2V和3.3V等等。如果我们的电气工程师很友好，他们已经发给来我们芯片上的功率损耗，我们可以在导入过程中看到。

 

我们可以在示例D1、D2、D7、D8芯片上轻松定义发热源。

 

对于走线上的发热，我们可以利用SIMULIA CST提供的IR-Drop求解器，因为无论如何都需要这样做以保证电源完整性。因此，我们要做的就是定义IR-Drop参数。例如，哪个引脚被激励，哪个引脚消耗电流等等，然后与电压降一起运行仿真。

 

我们将获得功率损耗密度信息，可以通过单击导出到热解算器的复选框来进行进一步仿真。

 

当我们讨论热仿真的时候，就会遇到一个关于简化或不简化的大问题。

 

让我们看一下拥有数千个过孔的电路板。许多网络都在考虑是否要真正进行详细的仿真，热仿真通常意味着巨大的计算任务，如果能够进行一些简化真的很不错，因为我们通常不需要在热仿真中包含太多细节。

 

CST提供了一个非常不错的简化工具，我们可以通过一些开关，逐层简化PCB或根据罪魁祸首百分比来简化模型。工具将生成一个更加简化的模型，以便能够更快地运行仿真。

 

使用CST的自动热简化方法进行简化后，这个PCB板就可以在短短一分钟内用87K网格进行求解，并且最热的芯片D2上的预测温度约为64.4摄氏度，对比之下，当我们将所有细节包括在内时，使用了900万个网格，可以在3小时内求解模型，在D2上得到66.5摄氏度的预测温度。

 

这里我们会看到，通过牺牲一点点的准确性，可以大大提高求解速度，这使我们能够进行很多假设研究。完成设计优化后，详细的电路板可用作最终验证。详细版本使用CST独特的六边形网格以及完美的近似边界技术，无论几何形状多么复杂，它始终可以啮合并始终求解。

 

有一点需要注意，这两个解决方案都是使用CST的经典热解算器完成的，这个热求解器可以解决固体内部的导热方程，可以使用传热系数来近似计算固体和流体界面上的对流。有时，未知或难以估计各种表面上的传热系数。

 

更进一步，这里使用了CST的CHT（conjugate heat transfer，共轭传热）求解器，这是完整的计算流体动力学（CFD）求解器。使用此求解器，除了计算固体内部的温度外，在本例中，我们还可以获得流体或空气的流量信息。操作类似，用户只需要输入环境信息，该求解器功能强大，但不如经典的热求解器快，因为它需要求解流体。在本例中，D2温度约为65.5°C，八角网格数为262 K，在同一工作站上花费约36分钟。

 

[图]D2芯片温度59.4C，343 K网格, 40分钟

 

接下来是另一个值得商榷的问题，是否添加散热器。

 

我们会看到，当添加散热器时，开始变得越来越难以了解表面上的传热系数，尤其是在涉及强制冷却的情况下。使用CHT求解器，我们可以相对轻松地设计散热器并查看其是否提供足够的冷却。在此示例中，我们添加了一个带有约10个散热片的散热器，我们可以看到温度下降了近15摄氏度。当然，我们可以使用CST的内置优化程序进一步优化鳍高度、鳍间距、底座厚度等。

 

到目前为止，我们一直在讨论单个PCB设计的散热挑战。但在将PCB放置在实际工作环境中时，还需要考虑另一件事。

 

 [图]航空电子模块ARINC 600

PCB板是需要放进设备里面的，或者一个盒子空间中的，PCB是否可以在实际的环境下工作？需要风扇或其他散热配件吗？例如，这个航空电子模块ARINC 600箱。

 

这样的盒子通常用在航空电子设备中，当我们将它放在这样的外壳中时，PCB板是否可以正常工作？为了解决这个问题，我们需要分析一下机柜中的散热需求。

 

电子设备盒中常用的冷却设备是冷却风扇。为了对此进行分析，我们需要一个能够处理风扇曲线并找到正确工作点的工具。

 

很多时候，我们还需要考虑通风口，例如屏幕、图形向导、电磁护罩等，如果我们要对其进行详细建模，则需要花费大量计算资源。理想情况下，我们需要一个所谓的紧凑模型，该模型可以考虑排气孔的整体效应，即压降，而忽略了里面的小细节。

 

还有一点需要考虑，特别是在航空电子设备中，空气密度会随着高度升高而降低，冷却效果会降低，我们需要能够自动调节空气密度、风扇曲线等。

 

幸运的是，CST传热求解器提供了以上所有功能。

 

首先我们将没有任何冷却风扇的PCB板放入盒子中，自然对流，我们会发现空气流动速度非常低，温度很高，因此我们决定安装一个冷却风扇，现在我们可以看到气流更加强劲，温度会下降很多，顶部和底部的通风孔为50％大小。

 

但由于某些原因，通风孔不能开这么大。作为热工程师，我们不是很喜欢这样，但是如果客户想削减成本，该怎么办？比如客户要求通风孔减少一半。

 

 

这里假设我们将以某种方式将通风孔降低到22％，看看将会发生什么。

 

通过仿真我们可以了解到，当风扇承受更高的阻力时，同一风扇将使其流量降低约17 CFM（Cubic Feet per Minute ，流量单位，立方英尺每分钟）。

 

速度降低了大约1m / s，更重要的是温度升高了大约8度。

 

我们可以看到使用相同的分析环境CST Studio Suite，设计人员可以应对复杂的电气和散热挑战。

 

 

到目前为止，我们已经讨论了PCB设计的散热方面，对于其他机械结构的难题，例如它是否能够研究热应力和热变形。

 

我们也可以使用CST的结构力学求解器以类似的方式进行分析。该求解器设计用于分析弹性范围内的小变形，可以很方便地将温度作为输入来计算热应力和变形。

 

但是，要分析诸如疲劳之类的更具挑战性的东西，或第二大电子故障因素–振动，我们将需要SIMULIA Abaqus之类的工具，可以在其中进行振动仿真。

 

但是故事还没有结束，接下来EMC是最主要的问题。我们需要符合FCC（Federal Communications Commission，美国联邦通信委员会）标准和欧盟排放标准、Susceptibility（磁化率，表征磁介质属性的物理量）、ESD（Electro-Static discharge，静电释放）等法规要求。

 

正如刚才提到的那样，从热力学的角度来看，在工作环境中查看PCB更为重要。从EMC角度来看，工作环境中的PCB分析也同样非常重要。

 

要使设计符合所有法规要求，同时还要做到与热结构设计目标相平衡。

 

刚才我们介绍了用于热力的简化模型的想法，对于电磁学，我们也有非常相似的方法。

 

例如，对紧凑的排气孔进行电磁仿真时，需要避免必须对通风孔的细节进行网格划分。如右侧的验证研究所示，提供通过排气孔的频率相关泄漏的准确模型。

 

这里的想法是避免某些细节以加快分析速度，我们可以简单地定义蜂窝状或圆形孔、方孔，孔的大小、节距或开放区域、工作台开放区域的类型，与热简化模型非常相似，然后我们可以使用这种紧凑的排气孔来仿真大量通过通风孔的电磁泄漏，从而为通风孔的频率相关响应提供准确的模型。我们可以在看到下面的图形，显示了通风孔的屏蔽性能。对于甚低频提供了很好的屏蔽。但是随着频率的增加，通过通风孔的传输也相应增加。

 

我们还通过仿真，实际啮合所有孔并使用不同的求解器来验证此紧凑模型。SIMULIA CST的优点之一就是我们有一套不同的求解器，因此我们也可以将其用于某种数值结果的验证。

 

[图] 排气孔半径从0.25（FAR 22％）增加到0.37英寸（FAR 50％）

 

让我们看一下该PCB和仿真外壳的结果。在从100兆赫兹到2000兆赫兹或2吉赫兹的频率范围内绘制的辐射发射，图中有三个结果。

 

首先，我们在此处观察到黑色曲线，这表示PCB在没有装进盒子的时候的表现，我们实际要做的是在自由空间中仿真PCB及其散热器。由于没有外壳，我们使用了宽带和拱形光源在PCB和散热器之间，作为电磁分析的噪声源。

 

在本例中，绿色曲线是我们在PCB周围添加外壳的情况，我们在低频下看到辐射量已经下降了数十个DB，这意味着外壳可提供一定程度的屏蔽。

 

但在某些频率下，例如，刚好超过1000兆赫，绿色曲线实际上与黑色曲线相交，这意味着加了屏蔽实际上更糟，外壳导致了发射的增加，这很可能是由于某些共振发生。绿色曲线显示通风口的自由面积率为22％。

 

现在，我们要展示从热的角度更改开放区域的影响，以及如何改变系统中的温度。

 

当我们为面积比从22％扩大到50％时，辐射的排放量就如我们预期的那样增加了。这种多物理场仿真可以尝试平衡各个学科的多学科优化。从散热和EMC角度出发，获得良好的设计非常重要。当然，满足EMC法规要求是必须的。这会对设计产生重大影响。

 

外壳层的另一个有趣的方面是外壳中不同面板之间的接缝。在所有不同的面板之间保持良好的电气接触非常重要。否则磁场可能会穿过形成孔的间隙。

 

我们在这里正在研究卸下一些螺钉的影响，这些螺钉用红色突出显示，我们要从机箱中卸下六颗螺钉，看看其屏蔽性能变化如何。这里电磁分析需要与结构分析一起进行。

 

当我们去掉要插入系统中的触点和螺钉时，振动特性可能会发生变化，这又可能是多物理场性能优化的另一个示例。

 

[图] 卸下螺钉会对EMC性能产生重大影响

让我们看一下结果。在这里我们可以看到，安装了所有螺钉的原始结果是绿色曲线。红色的结果是由于我们卸下了六个螺钉，我们可以看到它对辐射的发射有重大影响。

 

我们现在看频率为485兆赫时遇到的问题，问题级别非常高。减少外壳中的接触显然导致了辐射发射的增加。

 

我们可以选择某些频率，因为我们拥有完整的频率列表以提取场分布。

 

在这里我们可以看到三个动画，左边的动画为485兆赫，可以看到盒子顶部的红色区域，这里有比较大的电磁泄露。接触点之间的距离现在对应于该频率下的一半波长。

 

我们在这里设计了一个天线，它是带电磁辐射的，这当然结果不好。

 

中间的动画是620兆赫的情况。有没有螺钉，只是电平发生了变化。

 

可以看到，这里发生了某种内部谐振，与PCB或安装支架的尺寸有关。

 

右侧的动画是1075兆赫的情况，当我们卸下螺钉时，该频率几乎没有变化，这实际上是在盒子的垂直壁上产生的谐振，不受我们卸下的特定螺钉的影响。设计更改不会影响该特定频率。

 

这里展示了探索系统中的电接触，并了解是什么原因导致了辐射发射的峰值，反之，无论何时，辐射发射很高，意味着该设备将敏感，我们知道在哪些频率下更敏感。泄漏水平与系统的敏感性之间存在直接关系。

 

在PCB设计及其工作环境中存在许多不同的设计折衷，我们在这里探索了一部分。我们知道可以使用放置在PCB上的散热器或热管可能增加排放和敏感性的EMC观点，这些无疑是实用的。

 

但在右侧，我们又需要这些设计来改善冷却效果。因此，我们需要做出一些权衡取舍。通风口需要减小开口面积，减小孔的孔径，以管理EMC辐射敏感性。通常我们想开更大的通风口以提高冷却性能。

 

PCB板的设计中还有许多类似的折衷选择。这确实是一个多学科、多物理学的优化问题。

 

总结一下，我们讨论了PCB不同类型的仿真，提到了EDA布线的导入，对PCB布线运行规则检查的能力以及集成的信号完整性、电源完整性、IR-Drop分析。我们通过在PCB完整的三维模型中研究PCB的电磁辐射。

 

SIMULIA是非常强大的工具，我们讨论PCB设计的传热和冷却方面，并且还涉及到关于热应力分析，我们还提到了机械振动和疲劳分析，SIMULIA在此类仿真中具有非常广泛的功能。

 

我们在电磁方面和某些热方面都使用CST studio，但我们也想强调一下Abaqus也是用于热机械仿真的非常强大的工具，可以处理振动、疲劳分析等等。

 

最后，来谈谈我们的愿景。从几年前加入SIMULIA以来，CST一直致力于将电磁学仿真集成到三维体验平台中，三维体验可实现所有这些多尺度、多物理领域之间的连接。通过将这些领域之间的点连接起来，不仅拥有这些技术的总和，还拥有更多的强大功能。

本文参考了David Johns博士和徐渭兰博士的讲座。

 

印制电路板（PCB）简单来说是电子元器件电气连接的提供者，是以绝缘基板和导体为材料，按预先设计好的电路原理图，设计、制成印制线路、印制元件或两者组合的导电图形的成品板。

 

PCB产业的下游受5G，物联网，云计算等需求的爆发，行业景气度呈现出加速的趋势。

近些年来，全球PCB板产能逐渐向东转移，中国是PCB 第一大产国，PCB 产值占比超过50%。

 

2019 年全球PCB总产值743.6 亿美元。其中，年产值1亿美元以上企业共122家，总产值为623.17 亿美元，占比超80%。其中大陆企业有52家，占27.1%，这46家大陆企业占全球产值总份额的27.1%。

以上内容来源升华洞察公众号

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