电路仿真专题(2) PCB仿真 主讲人:封常青 中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室 2017年11月16日广西南宁 第一届粒子探测技术基础与前沿讲习班
电路仿真专题（2） ——PCB仿真 主讲人：封常青 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室 2017年11月16日 广西南宁 第一届粒子探测技术基础与前沿讲习班
电子学的两种思维方式: 场”与“路” ·为什么人们习惯用“电路”这个词? 例如:《模拟电路》、《数字电路》、《电路分析》等课程名称 ·何谓电“路”,何谓电“场”? 路:基尔霍夫定律 场:麦克斯韦方程 路”的分析方法是麦克斯韦方程在低频、小尺度下的近似 频率/Hz 3×10° 3×10 3×10123×10143×10 3×10183×1020 短波 H F 微波 红外 紫外 X射线 射频 射线 mil PcB尺寸 PcB线宽 C线度 10 10-4 10-1010-12 波长/m 信号的波长和电子学尺度
电子学的两种思维方式： “场”与“路” • 为什么人们习惯用“电路”这个词？ – 例如：《模拟电路》、《数字电路》、《电路分析》等课程名称 • 何谓电“路”，何谓电“场”？ – 路：基尔霍夫定律 – 场：麦克斯韦方程 • “路”的分析方法是麦克斯韦方程在低频、小尺度下的近似 2
电磁场仿真 (,P1,k+1) (,j,k+1 .P1 (1,P1,k+1) (,J (1,户1.k (+1,j.k 差分网格 引入时域有限差分(FDTD),离散麦克斯韦方程,迭代计算 结合PCB结构和电磁特性,提取板级高速互联的网络参数,分 析高速电路中的信号完整性 3
电磁场仿真 差分网格 • 引入时域有限差分（FDTD），离散麦克斯韦方程，迭代计算 • 结合PCB结构和电磁特性，提取板级高速互联的网络参数，分 析高速电路中的信号完整性 3
ANSYS介绍 ANSYS软件是美国 ANSYS公司开发的大型通用有限元分析(FEA)软 件,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。 软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块 ANSYS Electromagnetics是电磁场仿真软件包 主要用于电磁场问题的分析,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场 分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线 管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置 等的设计和分析领域。 Designe Slave HFSS
• ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析（FEA）软 件，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。 • 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块 • ANSYS Electromagnetics是电磁场仿真软件包 – 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场 分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线 管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置 等的设计和分析领域。 ANSYS介绍
· ANSYS Electromagnetics的常用组件 ANSYS SIwave ANSYS Electronics Desktop ANSYS SIwave ANSYS Electronics Desktop
• ANSYS Electromagnetics的常用组件 – ANSYS SIwave – ANSYS Electronics Desktop ANSYS SIwave ANSYS Electronics Desktop
ANSYSS|wave的常用功能 SYZ参数仿真 PCB走线阻抗仿真 内电层谐振仿真 ANSYS E| ectronics Desktop的常用功能 瞬态仿真
• ANSYS SIwave的常用功能 – SYZ参数仿真 – PCB走线阻抗仿真 – 内电层谐振仿真 • ANSYS Electronics Desktop的常用功能 – 瞬态仿真
第1步:用 Cadence画原理图和PcB Orcad Capture c画原理图 Allegro PCb editor画PCB 园国国1国口口|H|1画示Bd黑备2|回④ 注:每根阳极条的线宽0.5m,中心距1.5m 两端各用10M欧电阻接地 顶层的阳极条距紧邻的GND层为0.2m
第1步：用Cadence画原理图和PCB • Orcad Capture CIS画原理图 • Allegro PCB Editor画PCB 注：每根阳极条的线宽0.5mm，中心距1.5mm 两端各用10M欧电阻接地 顶层的阳极条距紧邻的GND层为0.2mm
第2步:打开 ANSYS Slave 回a。 IDT GoMETRY CiRrLIT UEMENB VILw VIS1BIUTToot5 booNT MAnON RESULTS entor Bourd ston RU/X Desg, 9008+Des HANSYS EDB. ALFie. Hay Roughness YELC Par Va mEntor Expedition Devr bRown (RSo0 1Amotthb6 Project.1 Template lie. APD/SP Bendwwe Profle File. sLe stack M PareErt mperature Prote二 crt Pro Extended Nets x Components x 回口数甲厂cpko 厂 x Porte 其 Current source Selected Nets -.x Results Properties Messages w>Information /Errors/Warnings 8
8 第2步：打开ANSYS SIwave
第3步:将brd文件导入S|wave中 R Too1S BCAI 54MLATION Mode inge obe gle Ended Nets·1xcot 回口二所caor Cx Currend S Hsing #D Cte.+o Selected Nets r Results·x Messages .x Information/ Errors/ Warnings 图:2 实际情况下,还需设置PCB叠层参数(点击HOME- Layer Stack-up Editor图标
第3步：将.brd文件导入SIwave中 • 实际情况下，还需设置PCB叠层参数 (点击HOME - Layer Stack-up Editor图标)
第4步:添加端口 点击C| RCUIT ELEMENTS-Add Port GEOMETRY CIRCUIT ELEMENTS VIEW VISIBILITY TOOLS EX e⑩?? r Add Voltage Add Current Add Voltage Add Terminal Source Source Probe Port (Source/Sink) nsert Circuit Elements election Filter Add port a- Board Elements Add port to geometry
第4步：添加端口 • 点击CIRCUIT ELEMENTS-Add Port