常见印刷电路板问题之电路仿真与分析
电子设计的基础是创建一个电路，然后测试该电路以查看其是否按预期运行。我记得我父亲手持烙铁和多功能测试仪构建各种电子项目，然后测试它们是否有效。虽然他对电子设计的热爱肯定引起了我同样的兴趣，但今天的PCB设计要求更高级的电路验证水平。
许多软件工具可用于电路测试，包括与您的PCBCAD系统配合使用的仿真和分析程序。但是，尽管这些工具已经变得司空见惯，但许多设计师仍然没有使用它们。在浪费设计时间、增加费用以及电气性能不佳或电路板彻底故障的可能性方面，这种不情愿会带来严重的不利影响。在这里，我们将继续研究常见的PCB问题，并检查电路仿真和分析可以帮助您避免的一些印刷电路板问题。
在原理图中不使用电路仿真和分析的缺点
不同供应商提供的SPICE工具中的原理图电路仿真已有很长时间了。许多PCBCAD工具将随其SPICE版本一起提供，而其他工具将连接到第三方SPICE应用程序。SPICE，或“强调集成电路的仿真程序”，允许工程师虚拟地对他们的电路进行建模，以预测他们在完成后的行为。这些工具将模拟最基本的无源元件到复杂的半导体，对于PCB设计工程师来说是无价的。
SPICE工具取决于它们的模型，这就是出现一些问题的地方。这些模型的质量可能会有所不同，模型本身也会因SPICE的不同版本而有所不同。在某些情况下，过时的模型或不适合正在使用的SPICE版本的模型可能会在运行模拟器时产生错误的结果。
在通常用于构建面包板和原型的设计周期中，SPICE工具可以为设计工程师节省时间和费用。今天，如果没有花费数十万美元的设备，就无法在测试台上准确测试PCB中的许多复杂高速电路。然而，这些相同的电路可以使用SPICE工具进行仿真，从而允许在布局之前验证设计。这种工作流程风格的额外好处是使设计部门能够迭代解决复杂的电路问题，而不是构建多个原型。
使用SPICE工具可以帮助解决原理图捕获期间的设计问题，但要分析实际电路性能，则需要与PCB布局交互的软件工具。接下来我们将更多地研究这些工具。
没有电路仿真和分析的潜在印刷电路板问题
虽然SPICE电路模拟器可以告诉您电路概念是否可行，但电路的实际物理布局仍需要细化，以实现电路板的最大性能。这些改进的电路分析过去也需要对原型电路板进行耗时且昂贵的测试。但是，设计工程师可以在电路板仍在布局时从设计工具内部进行分析。
阻抗
必须在布局之前进行阻抗分析，以确定电路板层叠的走线宽度。要控制高速传输线的阻抗，必须仔细计算板介质材料和宽度以及走线的宽度和间距。一些CAD工具还在布局期间提供阻抗检查，以确认正在布线的传输线迹线保持其目标阻抗值。阻抗分析对于解决反射和其他信号完整性问题很重要。
高速计时
DDR（双数据速率）和其他高速路由拓扑依赖于精确的走线长度来支持其电路的时序要求，以实现电路板的最佳性能。许多这些走线长度也需要匹配，以防止一条线比另一条线快，CAD工具将分析布线并报告任何问题。
信号
当强信号因其接近而压倒较弱的信号时，可能会导致较弱的信号模仿其行为而不是完成其任务。这种情况称为串扰，它会产生信号完整性问题，从而降低电路板的性能。串扰分析是设计人员应该熟悉并经常使用的必不可少的布局工具。
返回路径
参考平面上高速信号的清晰返回路径是另一项必不可少的信号完整性检查，可最大程度地减少电路板产生的电磁干扰(EMI)量。返回路径分析工具可以立即告诉布局设计师他们的电路板是否可能产生过多的噪声。
电源完整性
在布置电路板时，很容易遗漏设计中的小细节，例如电源引脚没有足够的金属来实现牢固的连接。尽管可能有足够的金属通过设计规则检查，但实际上，并不足以支持引脚将传导的电压量。电源完整性分析工具可以在布局期间为设计人员提供即时反馈，并确定哪些引脚需要更强的连接才能满足电源要求。
设计规则检查
虽然不被视为“分析”工具，但设计人员在将其发送制造之前应始终检查布局的基本设计规则和约束。电路板制造商和组装商经常发现简单的错误，这些错误本应在设计中发现，但不是因为规则设置不正确或根本没有使用。值得庆幸的是，当今CAD系统中的设计规则非常全面，通常包括3D显示和检查完整的对象间隙验证。
PCB设计仿真和分析技巧以获得更好的结果
以下是一些提示，可帮助确保您在设计进入制造阶段时不会被其中一些错误所困扰：
使用您的PCBCAD工具中内置的设计规则和约束。
如果您的原理图捕获程序内置了SPICE工具，请使用它们。即使是最少的检查也比根本不检查更有帮助。
布局分析工具也是如此。如果您拥有CAD系统中已有的任何功能，请使用它们。
如果您的PCBCAD系统没有自己的模拟器或分析工具，请考虑使用第三方模拟器或分析工具。
将您的PCBCAD系统升级为更全面的工具套件，为您提供所需的模拟和分析。
考虑与一些外部设计服务合作。
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