机械、热、SI、PI 、EMI分析：PCB设计缺一不可

8 Feb 2019 • Less than one minute read

本文翻译自Cadence "Breakfast Bytes" 专栏作者Paul McLellan文章 "Mechanical, Thermal, EMI, SI, PI: PCB Design Needs Them All" 。

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An-Yu Kuo博士曾经在Cadence CDNLive以色列分会场的开幕演讲上讨论过 “PCB设计与分析中弥合电气、机械等领域之间的差距” 主题。现如今，PCB设计与分析涵盖更多领域：电磁学的多物理分析、信号完整性分析、传热分析、流体动力学（用于冷却气流等），以及电路板和外壳的实际机械设计。

使分析变得复杂化的根本原因是以上这些领域全部相互作用。例如，在外壳上打洞可以改善热问题（更多通风），但会使电磁辐射更加严重（更多间隙可以使射频信号通过）；同时产生的温度变化也会影响信号完整性——这些因素相互作用，无一能够摆脱。由于这些问题超出了设计人员手动处理的范围，需要解决方案越来越自动化。

机械和电气

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目前最大的变化即在这一领域：机械设计在很大程度上已经独立于电气设计，但现在这两个领域越来越交织在一起。我们越来越无法忽略连接器的形状对信号完整性造成的影响。

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连接器可以通过有限元方法（FEM）进行建模，其中机械结构被分解为可共同构成整个结构的微小元素，而这些元素足够小以至于其间一切都是固定的。使用细节级别取决于所需精度的自适应网格功能，可以通过不浪费时间在对结构不重要的部分上进行详尽分析而大大加快运行时间。上图显示了网格功能及电流分析，而后进一步细分为电场和磁场的过程。

完整的热和EMI优化流程

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一个完整的包含热分析和EMI分析的流程始于机械设计和PCB/封装设计。将二者输入3D仿真模型后，多物理优化将执行EMI分析以及热和应力分析，从而实现系统设计的优化。

下面我们来对一个应用在汽车上的相机模块进行分析。实际上这个相机只有一枚硬币大小，比图片中给人的印象要小很多。右图是相机的实物照片，左图则是模型。

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相机内部有两个PCB，一个是图像传感器，另一个则是将图像从相机中导出的接口。

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这个相机只有一枚硬币大小，因此这些PCB的尺寸就更小。现在我们轮流对每块电路板进行热分析和电分析。

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最后，我们得到了主IC的温度和由此产生的暂态功率分布图。

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总结

An-Yu在开幕演讲中更详细地介绍了所有求解器是如何交互以创建出集成解决方案的。该解决方案由底部的创新求解器构成，用于机械、热、EM和信号分析。这些分析紧密集成在一起，因此我们可以使用诸如复杂的连接器来进行电路板设计，并将连接器分析引入Allegro以在电路板布局中使用。所有求解器都被分组到一个主窗口中，该主窗口同时还具有用户可以配置的工作流及用于自动化批处理运行的TCL接口。

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