【導讀】PCB設計能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例,PCB設計會直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力,甚至是基本功能。更為重要的是,PCB設計成功與否直接影響著產(chǎn)品的上市時間。
PCB設計能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例,PCB設計會直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力,甚至是基本功能。更為重要的是,PCB設計成功與否直接影響著產(chǎn)品的上市時間。在這個瞬息萬變的時代,能夠領先競爭對手一步推出產(chǎn)品,市場反響或將出現(xiàn)天壤之別。因此,為保證產(chǎn)品上市時間這一首要任務,很多公司評估項目的時候會有一個PCB設計一板成功率的指標。
然而,PCB設計一板成功率并不是很高。數(shù)據(jù)顯示,由于PCB設計出現(xiàn)問題導致項目產(chǎn)生額外費用或錯過發(fā)布日期的占比高達58%。設計失敗還將帶來高昂的成本,據(jù)生命周期洞察研究顯示,每次重新設計需要 8.5 天,每次重新設計的成本為4.4萬美元,每個項目平均2.9次重新設計……
阻礙電源設計進化的幾大痛點
隨著行業(yè)應用日趨廣泛多元,電源產(chǎn)品也不斷向高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化方向發(fā)展。同時,電源產(chǎn)品的封裝結構、外形尺寸也日趨標準化,以適應全球一體化市場的要求。在此趨勢下,電源產(chǎn)品的PCB設計面臨著更大的挑戰(zhàn),主要包括電源轉換效率、熱分析、電源平面完整性和EMI(電磁干擾)等。
首先是電源轉換效率。轉換效率是指電源的輸出功率與實際消耗的輸入功率之比,在實際應用中,電能不能完全轉化,中間會有一定的能量消耗,所以,無論哪種電路,在電源轉換中必然存在效率問題。對于線性電源,需要考慮LDO的散熱問題;對于開關電源,要考慮開關管的損耗問題。
其次,有能量損耗就必然會產(chǎn)生熱量,這就涉及到散熱的問題。除此之外,隨著負載變重,促使電源芯片的功耗加大,所以,在電源設計中熱分布是個不得不考慮的問題。
再者是電源平面完整性設計。保持電源的完整性,就是保持電源的穩(wěn)定供電。在實際系統(tǒng)中,總是存在不同頻率的噪聲。比如PWM的固有頻率或PFM可變頻率控制信號,快速的di/dt會產(chǎn)生電流波動的信號,所以一個低阻抗的電源平面設計是必要的。
最后是EMI(電磁干擾)問題。開關電源在不斷的開和關就會產(chǎn)生開關噪聲,如果在設計過程中沒有考慮回路電感問題,過大的回流路徑會產(chǎn)生EMI問題。
業(yè)界一直尋求能提高電源PCB設計成功率的方法。經(jīng)驗表明,在設計過程中,如果能提前預知可能的風險并規(guī)避,成功率將會大幅度提高。由此,選擇一款合適的設計仿真工具就顯得尤為重要。
簡單易用的設計和仿真工具
PADS Professional就是一款很適用于電源PCB設計的工具。PADS系列工具的特點是簡單易用,上手快,設計靈活,用戶的自由度非常高。而PADS Professional是PADS家族最高階的套裝,適合需要處理一切的工程師。PADS Professional相比PADS軟件在設計和管理方面有更大的優(yōu)勢,在電子產(chǎn)品日益復雜和大型企業(yè)對于管理規(guī)范的要求日趨嚴格的環(huán)境下,PADS Professional擁有更加廣闊的應用空間。
與競品相比,PADS Professional 功能強大,而且易學易用,價格還很實惠,它能為經(jīng)驗豐富的用戶提供所需的全部功能。此外,它的直觀易用特點使得業(yè)余用戶也可以利用它來提高生產(chǎn)率。
Hyperlynx系列仿真工具包括HyperLynx SI/PI、HyperLynx DRC等軟件,可以分別完成信號完整性、電源完整性、DRC檢查,以及熱仿真和模擬仿真等不同的仿真需求。該系列工具特點是運行速度快,使用簡單。
而Xpedition是一個企業(yè)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(chǎn)數(shù)據(jù)的處理、SI/PI仿真、EMC/EMI分析、熱分析及數(shù)模混合仿真等。與同類產(chǎn)品相比,強大的流程管理和數(shù)據(jù)管理、并行設計,協(xié)同設計,集成式驗證等優(yōu)勢是Xpedition獨有的標簽。
具體來看,PADS Professional使用Xpedition技術,提供了無可比擬的性能及超值的價格,另外通過搭載HyperLynx套件,提供信號/電源完整性和熱分析和驗證設計,滿足PCB硬件工程師在電路板設計流程的任何需求。
PADS Professional和HyperLynx軟件的有效結合,可以幫助PCB工程師有效地分析、解決并驗證關鍵的要求,以避免代價高昂的返工,將產(chǎn)品更快地推向市場,并降低成本。
一體化解決方案對癥電源設計難題
按照傳統(tǒng)電源設計流程,在完成每一個環(huán)節(jié)后都需要工程師單獨進行評審,確認無誤后再進入下一環(huán)節(jié)。具體來說,電源設計首先要完成電路圖的理論和功能性仿真驗證,再進行原理圖繪制,然后再進行信號完整性等分析,接下來,由版圖設計工程師完成layout設計,之后給到EMI工程師去進行電磁干擾性驗證。整個流程高度依賴于人工檢查,耗時比較長。
隨著電子設計要求的提高,電路變得更復雜,上市時間更緊迫,傳統(tǒng)的流程已經(jīng)不能滿足市場需求。業(yè)內(nèi)開始逐漸意識到,電源設計不再是只靠一兩個工程師的“單打獨斗”而是需要多個部門進行“聯(lián)合作戰(zhàn)”。
基于此,電源設計一體化解決方案可謂應運而生。該方案緊密結合了PADS Professional、HyperLynx、Xpedition AMS等套件,有效組合成集成驗證平臺,幫助工程師一體化完成從最初的電源設計、仿真驗證到最終的結果輸出,極大優(yōu)化了流程。整個方案會帶來多重好處,其中就包括縮短上市時間,提高穩(wěn)定性,減少設計風險和降低成本。
這樣的解決方案無疑對行業(yè)是一大利好,而帶來此種方案的正是著名EDA廠商Mentor公司。據(jù)了解,Mentor公司把需要用到的工具按照電源設計的需求做了專門的參數(shù)優(yōu)化,使用6個工具(PADS Professional & Xpedition AMS、HyperLynx SI/PI、HyperLynx DRC、HyperLynxThermal)組成一個完整的解決方案,工程師直接上手使用就可以。
免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進行侵刪。