内容发布更新时间 : 2024/10/12 12:26:09星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

PCB 设计中 EMC/EMI 的仿真

由于 PCB 板上的电子器件密度越来越大，走线越来越窄，走线密度也越来 越高，信号的频率也越来越高，不可避免地会引入 EMC（电磁兼容）和 EMI（电磁干扰）的问题，所以对电子产品的电磁兼容分析以及应用就非常重 要了。但目前国内国际的普遍情况是，与 IC 设计相比，PCB 设计过程中的 EMC 分析和模拟仿真是一个薄弱环节。同时，EMC 仿真分析目前在 PCB 设计 中逐渐占据越来越重要的角色。PCB 设计中的对 EMC/EMI 的分析目标信号完 整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析，阻抗匹配分析，信号过冲 分析，信号时序分析等等；对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析。在 信号完整性分析时还必须考虑布线网络的物理拓扑结构，PCB 介质层的电介质 特性和介电常数以及每一布线层的电气特性。现在已经有了抑制电子设备和仪 表的 EMI 的国际标准，统称为电磁兼容（EMC）标准，它们可以作为 PCB 设 计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的规则，对于军用电子产品设计者来说， 标准会更严格，要求更苛刻。对于由多块 PCB 板通过总线连接而成的系统，还 必须分析不同 PCB 板之间的电磁兼容性能以及接口电路和连接器的 EMC/EMI 性能。EMC/EMI 的仿真需要用到仿真模型 EMC/EMI 分析要了解所用到的元器 件的电气特性，之后才能更好地具体模拟仿真。目前应用较多的有 IBIS 和 SPICE 模型。IBIS（I/O Buffer Interface Specification），即 ANSI/EIA-656，是一 种通过测量或电路仿真得到，基于 V/I 曲线的 I/O 缓冲器的快速而精确描述电 气性能的模型。1990 年由 INTEL 牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定 了 IBIS

V1.0 的行业标准，经过不断的完善和发展，于 1997 年更新为 IBIS

V3.0.现在此标准已被

NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI 等数百家半导体厂

商支持，同时 Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac 等 RDA 公司在各自的 软件中也添加了有关 IBIS 的功能模块。IBIS 文件是一种文本文件，是通过标 准软件格式生成的行为信息的描述，以说明 IC 的模拟电气特性。IC 的 SPICE 模型是各半导体厂商的商业秘密，受到知识产权的保护，而 IBIS 模型是对用户 完全开放的数据，所以设计者可以比较容易得到 IBIS 模型。当然，如果有 SPICE 模型，IBIS 模型可以从 SPICE 模型来生成。目前，一般都可以从器件厂 商那里拿到 IBIS 模型。应用 EMC/EMI 仿真来提高 PCB 设计的质量在 PCB 布 局布线结束后，将 GERBER 文件做成电路板之前对电路设计进行 EMC/EMI 的 分析和模拟仿真。同时依据实际电路的动态工作频率分析信号的强度、时延等 特性。如果设计的 PCB 中含有与外部的接口，IC 上外加了散热器或电路本身 功耗大时，必须进一步进行电磁辐射的模拟仿真分析。对于高速电路有必要进 行布线网络的传输线分布参数分析。EDA 开发厂商也渐渐意识到用户在 EMC/EMI 模拟仿真领域的需求，德国的 INCASES 公司为设计者提供了 EMC/EMI 模拟仿真分析的软件包 EMC-WORKBENCH，成为该行业的领袖并 多次主持了 IEEE 在 EMC/EMI 方面的研讨会。EMC-WORKBENCH 能够满足 电路设计者在电磁兼容方面的迫切需求，改进了 PCB 设计的流程，简化后期硬 件调试中许多繁杂的工作。同时，IC 内部也要充分考虑到 EMC/EMI 的问题。 目前，大部分芯片厂商都会处理好 IC 内部的 EMC/EMI 的问题。但广大的设计 者也应当留意芯片中可能存在的问题，同时将 EMC/EMI 的解决在板极上做到 极致。电子工程师们可以利用仿真工具，并有效综合设计经验，可以更好地提 高产品的质量和产品的可靠性。

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