ansys的pcb仿真的案例
基于ANSYS的PCB電磁兼容仿真案例
圖1-1 電磁輻射干擾
1.1 仿真思路
設備系統的EMS性能涉及因素比較多，包括機殼屏蔽性能、場線耦合、系統接地、電路板設計合理性等，因素繁多且比較復雜，本案例只從PCB單板的角度分析PCB的EMS設計狀態，提出PCB的抗輻射優化方法，有利于整機系統的EMS性能提升，該案例基于ANSYS SIwave，進行關鍵PCB電路的感應電壓分析，指定外界電磁輻射能量以及輻射方向，計算關注電路節點上的感應電壓頻域輻值大小，評估干擾性能，并結合PCB的設計狀態進行優化改進，對比優化前后的輻射噪聲耦合強度，驗證設計優化的有效性。
1.2 詳細仿真流程與結果
PCB的EMS分析仿真流程圖如圖1-2 所示。
該案例將選擇PCB關鍵的電路進行PCB的感應電壓分析，并計算這些關鍵電路信。
圖1-2 仿真流程
有外界電磁波輻射的情況下，電路端口上所感應到的電壓幅值。
1. 前處理
(1) PCB導入
通過菜單Import，導入EDA設計文件，如brd、odb++等，完成建模，此案例直接采用參考的工程文件進行仿真。
(2) 疊層設置
打開工程文件V_induced.siw，通過主菜單Home→Layer Stackup Editor設置好PCB疊層數據，如圖1-3 所示。
圖1-3 疊層設置
2. 選擇信號
通過菜單Tools選擇Generate Ports on Nets，在圖1-4 窗口選中信號網絡，進行信號端口的自動建立。
3.
展開 車燈仿真專題 | 基于ANSYS HFSS的CISPER25汽車前照燈PCB傳導輻射仿真分析
汽車前照燈集成了（Headlamp）的指示燈包含了近光燈、遠光燈、轉向燈、霧燈等基礎指示，此外還包含了LR+CR激光雷達、LR雷達、SR雷達、HDR攝像頭、FIR熱成像相頭等功能器件，這樣使得燈組件電子系統更加復雜，多塊PCB、散熱器、底座、線束的排列布置結構，帶來了嚴重的電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）問題，一方面影響其他敏感器件的正常工作，另一方面會影響電動汽車的安全穩定行駛！本節我們在ANSYS HFSS 2023R1中模擬CISPR25汽車前照燈PCB電源回線遠端接地的測試環境，將獲得整塊PCB的傳導發射（CE）對標標準，發現部分頻點超標后，給出改善措施最終通過測試標準。
一、模型導入
如下圖所示為汽車前照燈組價的示意圖，我們將抽取他們的PCB進行模擬仿真。
對照上圖的實際環境搭建在ANSYS HFSS中搭建仿真模型模型具體包括以下三個部分：待測PCB，4 cable連接器，以及CISPR25測試環境（LISN網絡、測試線纜等）。
打開Ansys Electronics Desktop 2023，Insert Design選擇HFSS,然后命名工程名字為Cisper25_CE，依次導入以上三部分模型。
二、模型材料賦值以及邊界設置
2.1 PCB和線纜設置為copper，LISN設置為AL，選中物體在Properties中的Material先選擇Edit然后選擇材料為所需材料。
2.2 底部等大小的長方形作為參考地，命名為GND，設置邊界條件為Perfect E即理想導體邊界。
三、計算設置
分析計算主要是設置我們掃頻的中心頻率、掃頻范圍以及精度計算，這次我們設置如下。
展開 ANSYS官方 | PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證
ANSYS官方將特別推出一系列ANSYS網絡研討會，不僅包含ANSYS 2019 R3 新版本功能介紹，同時也包括最新的行業熱點解決方案，ANSYS將與各位深入探討行業熱點趨勢，諸如無人駕駛、PCB結構可靠性、天線設計、數字孿生等等。
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本期研討會：《PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證》將于1月8日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證
日期/時間
2020年1月8日
20:00 – 21:00
課程受眾
Layout工程師、硬件工程師、SI工程師、EMC工程師、測試工程師等相關人士
講師簡介
張偉，ANSYS高級應用工程師。
在電磁電路仿真分析領域從業十二年，作為SI/PI/EMC仿真軟件專家，具備豐富的SI/PI/EMC仿真分析經驗。
展開 ANSYS網絡培訓 — PCB和封裝的翹曲、熱快速仿真方法
2017年2月9日
20:00 - 21:00 (CST)
注冊 ?
聯系方式：
郵箱：info-china@ansys.com
電話：4008198999
網絡研討會介紹：
電路的集成規模越來越大，I/O數越來越多，PCB互連密度不斷加大，隨之帶來許多PCB及集成電路封裝可靠性問題。ANSYS專門針對PCB設計分析解決方案，結合最佳仿真前處理工具SpaceClaim，在Mechanical使用TraceImport功能，可以快速從ECAD中直接導入PCB熱物參數，從而能在Mechanical中快速進行準確的PCB板熱分析、熱應力分析、翹曲分析。
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展開 
ANSYS官方今晚直播 | PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證
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本期研討會：《PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證》將于1月8日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
PCB電磁兼容設計規則檢查與仿真驗證
日期/時間
2020年1月3日
20:00 – 21:00
課程受眾
Layout工程師、硬件工程師、SI工程師、EMC工程師、測試工程師等相關人士
講師簡介
張偉，ANSYS高級應用工程師。
在電磁電路仿真分析領域從業十二年，作為SI/PI/EMC仿真軟件專家，具備豐富的SI/PI/EMC仿真分析經驗。
展開 仿真案例｜三維電磁仿真的整合封裝和PCB電路板仿真
翻譯：上海安世亞太
前言
多年來，設計人員一直在仿真中考慮封裝寄生效應package parasitics 的影響，從使用簡單的一階模型（如理想電感+電阻）到更復雜的spice梯形網絡，最后到使用三維電磁仿真器充分提取封裝的s參數。對于封裝加PCB通道，目前最常用的方法是將封裝和電路板作為s參數或寬帶SPICE模型獨立地提取出來，并在電路仿真器中結合這兩種模型。但由于工作頻率高、信號速度快、集成器件復雜等因素，這種方法的局限性越來越大。
封裝與PCB（或封裝與電路）之間的耦合對性能有著不可忽視的影響。實現復雜封裝和PCB，或封裝和電路的仿真有幾個挑戰:電磁求解器的容量和精度，自動化，易用性，可接受的仿真時間。
PCB和封裝設計人員深知在更高層次的系統仿真中，提取其精確的設計模型是多么重要。采用三維全波電磁仿真和自動自適應網格劃分方案，可提供提取全波s參數模型所需的精度水平。然而，設計人員在嘗試使用三維電磁仿真來解決復雜的設計時面臨著一些挑戰，如圖1所示。電路板和封裝器件通常采用電子設計自動化（EDA）工具進行設計，需要引入到三維電磁仿真工具中。這些設計包括多個介質層、電源和接地層、信號層、大量過孔（與焊盤定義相關）和鍵合線。
第一個挑戰是從EDA工具中導入數據庫，但不包括應用于設計的手動修改，但要保留跟蹤、焊盤、焊線、網絡和引腳的數據庫信息。導入幾何體后，其他仿真模擬設置（例如，端口定義）需要易于使用，避免耗時的工程工作，并為非專業用戶提供可訪問性。最后，三維電磁仿真工具需要強大的網格、求解器和高性能計算功能，以將仿真時間縮短到可接受的水平，同時提供準確度。本文詳細介紹了一種用ANSYS?HFSS?3D Layout進行整合了封裝和PCB電路板的三維電磁仿真的新流程。
圖1.
展開 Ansys攜手Autodesk推出Fusion 360 PCB擴展程序
圖為早期概念中描繪的Autodesk Fusion 360中嵌入的Ansys仿真技術示意圖，該模型僅供參考絕不代表其為最終產品（圖片由Autodesk提供）
Autodesk產品研發與制造解決方案執行副總裁Scott Reese指出：“我們構建的Fusion 360平臺能夠在統一環境中包含綜合全面的ECAD和MCAD功能以及制造工作流程，這讓設計人員和工程師能夠更高效地完成從概念到制造的產品研發。Ansys行業領先的仿真技術與Fusion 360的核心PCB設計功能強強聯合，將幫助制造商進一步加快產品上市進程。”
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler表示：“此次推出的擴展程序基于我們和Autodesk現有的良好合作，它不僅有利于更多設計人員和工程師采用電磁仿真技術，同時還能幫助用戶借助先進的仿真技術更快速地實現設計驗證和迭代。”
此次嵌入式集成基于Fusion 360近期推出的Ansys電子數據庫（EDB）導出功能，讓用戶能夠輕松導出Ansys文件并啟動Ansys Electronics Desktop。與此前合作的工作流程目標一致，此次合作旨在打破設計人員與分析人員之間的壁壘。產品設計人員和工程師將能夠使用Fusion 360 PCB擴展程序，從而更快速地設計符合電磁兼容性（EMC）要求的PCB。與此同時，專業的信號完整性/電磁干擾（SI/EMI）分析人員將繼續使用Ansys Electronics Desktop，從而實現產品電磁性能的詳細仿真和報告功能。
展開 怎樣才能做好PCB熱仿真分析？
一個簡化的方法是估算PCB的總功耗，將其作為一個作用于整個PCB表面的均勻熱流通量。熱分析可預測出平均環境溫度，使設計人員用于計算元器件的功耗，通過進一步重復計算元件溫度知道是否還需要做其他工作。一般電子元器件制造商都提供有元器件規格，包括正常工作的最高溫度。元件性能通常會受環境溫度或元件內部溫度的影響，不同封裝形式的元器件規格也不同。PCB 設計人員可利用器件制造商提供的“溫度/功率”曲線確定出某個溫度下元件的功耗。
計算元件溫度最準確的方法是作瞬態熱分析，但是確定元件的瞬時功耗十分困難。一個比較折衷的方法是在穩態條件下分別進行額定和最差狀況分析。
PCB受到各種類型熱量的影響，可以應用的典型熱邊界條件包括:
前后表面自然或強制對流
前后表面發出的熱輻射
從PCB邊緣到設備外殼的傳導
通過剛性或撓性連接器到其他PCB的傳導
從PCB到支架(螺栓或粘合固定)的傳導
2個PCB夾層之間散熱器的傳導
目前做板級熱仿真分析比較主流的軟件一般是Flotherm，通過熱仿真分析可以對熱設計進行檢驗，尋找設計缺陷，對方案的適用性和有效性進行評價。而PCB熱設計優化也是一個不斷迭代的過程，通過設計—仿真—測試循環不斷地流程，修正并積累熱仿真模型，加快熱仿真速度，提高熱仿真精度，補充PCB熱設計經驗。
如果你有志學習熱仿真，歡迎參加元王CAE仿真實訓營，掌握CAE仿真分析方法，穩扎穩打學基礎，專題案例練實操，實戰項目獨立做，包教包會推薦就業！
展開 干貨 | ANSYS SIwave PCB板S參數的分析
基于ANSYS SIwave的仿真流程
共有五個步驟：
(1) PCB模型的導入
(2) PCB疊層結構的設置
(3)模型的有效性檢查與修正
(4) SIwave求解模式
(5) SIwave仿真結果查看
1.1 PCB模型的導入
ANSYS SIwave在Import菜單下可導入多種格式的文件進行建模：
1.2 PCB疊層結構的設置
在SIwave的界面下可以非常方便的查看和設置PCB疊層結構：
Layer Stack-up editor:可以設置每一層的材料、厚度、電導率、介電常數等
Padstack Editor：可以設置過孔和焊盤的屬性
Circuit Element Properties：可以查看電容、電阻、電感等電路元器件的屬性
1.3 模型的有效性檢查和修正
在Simulation 菜單下選擇Validation Check，進行有效性檢查，當顯示錯誤數為零時，可進行仿真分析：
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
因此，對于板級熱分析來講，不僅要同時分析電氣和熱物理領域，更要兼顧熱傳導分析和熱對流分析，需要的是一個多物理場的仿真解決方案。
FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數為邊界條件，以簡化的方式考慮對流和輻射效應，詳細模擬固體內部的傳導問題，可以在短時間內獲得高精度的熱傳導分析結果。另一種CFD（計算流體動力學）求解器用于熱對流和熱輻射模擬，通過流體流動的實際模擬（如風扇吹過PCB上的空氣）進行對流和輻射的詳細建模，但該方法在處理傳導問題時，要求盡量簡化設計，所以達不到FEA的求解精度和效率。因此我們可以同時使用上述兩種仿真方法進行熱分析工作，達到優勢互補的目的。
FEA求解器主要解決的區域
CFD求解器主要解決的區域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導入PCB文件，進行電與熱相關的參數設置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區域功率耗散的簡化仿真模型，再導入到CFD求解器中，添加風扇、機箱等結構實施CFD仿真，結果保存為一個CFD模型，代表設置環境（自然環境、風冷或水冷等）下的真實傳熱系數，再回到FEA求解器中導入CFD模型作為邊界條件，重新執行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡化模型
啟動Cadence Celsius Thermal Solver，選擇并打開Solid Objects Simulation for Layered Structures模塊，該模塊就是基于FEA求解仿真層狀結構（PCB板）。
展開 Ansys攜手Autodesk推出Fusion 360 PCB擴展程序
圖為早期概念中描繪的Autodesk Fusion 360中嵌入的Ansys仿真技術示意圖，該模型僅供參考絕不代表其為最終產品（圖片由Autodesk提供）
Autodesk產品研發與制造解決方案執行副總裁Scott Reese指出：“我們構建的Fusion 360平臺能夠在統一環境中包含綜合全面的ECAD和MCAD功能以及制造工作流程，這讓設計人員和工程師能夠更高效地完成從概念到制造的產品研發。Ansys行業領先的仿真技術與Fusion 360的核心PCB設計功能強強聯合，將幫助制造商進一步加快產品上市進程。”
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler表示：“此次推出的擴展程序基于我們和Autodesk現有的良好合作，它不僅有利于更多設計人員和工程師采用電磁仿真技術，同時還能幫助用戶借助先進的仿真技術更快速地實現設計驗證和迭代。”
此次嵌入式集成基于Fusion 360近期推出的Ansys電子數據庫（EDB）導出功能，讓用戶能夠輕松導出Ansys文件并啟動Ansys Electronics Desktop。與此前合作的工作流程目標一致，此次合作旨在打破設計人員與分析人員之間的壁壘。產品設計人員和工程師將能夠使用Fusion 360 PCB擴展程序，從而更快速地設計符合電磁兼容性（EMC）要求的PCB。與此同時，專業的信號完整性/電磁干擾（SI/EMI）分析人員將繼續使用Ansys Electronics Desktop，從而實現產品電磁性能的詳細仿真和報告功能。
展開 
電磁仿真在PCB、封裝、芯片上的應用
現代PCB板\芯片由于數據率高、集成規模大、研發周期短，使其保持信號完整性(SI)、電源完整性(PI)和電磁兼容性(EMC)的難度較大。而電磁仿真軟件的運用，能夠幫助工程師對PCB的布局進行設計、分析和優化。
首先，在高度集成的封裝芯片中，很多時候寄生參數的影響是我們非常不希望出現的，它會降低電路的速度、改變頻率響應或者帶來一些意想不到的影響。而電磁仿真軟件能很好的解決這個問題，能抽取結構內部寄生參數，進行多種電路、多端口等效，根據不同需求生成不同的等效電路：
IC 模型
下圖是對 IC 芯片模型中二端口等效模型及寄生參數抽取情況：
等效電路圖
當然，S參數作為高頻信號傳輸質量的基本指標，也是電磁仿真必不可少的參數。通過電磁仿真軟件能對各種精細結構進行仿真，得到相應的S參數，并輸出SPICE模型，下圖就是仿真和實測的對比（如下圖所示）：
而眼圖、等高曲線、盆浴曲線是評估信號傳輸好壞的標準，通過電磁仿真能輕易得到相應的各種參數（如下圖所示）：
眼圖
而電源完整性問題，也會導致各種SI、EMIEMC問題，所以對電源完整性分析也必不可少。電源完整性分析主要包括直流壓降分析，交流去耦分析，平面噪聲分析和模型提取等（如下圖所示）。
噪聲分析
DC IRdrop
局部電流分布
對于芯片\封裝的EMIEMC問題，大多數時候我們都可以按照一定的規則去排版、布局，改善EMI/EMC問題。但通過人為去檢查優化高密集度的芯片\封裝線路，顯得很不合理。
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
因此，對于板級熱分析來講，不僅要同時分析電氣和熱物理領域，更要兼顧熱傳導分析和熱對流分析，需要的是一個多物理場的仿真解決方案。
FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數為邊界條件，以簡化的方式考慮對流和輻射效應，詳細模擬固體內部的傳導問題，可以在短時間內獲得高精度的熱傳導分析結果。另一種CFD（計算流體動力學）求解器用于熱對流和熱輻射模擬，通過流體流動的實際模擬（如風扇吹過PCB上的空氣）進行對流和輻射的詳細建模，但該方法在處理傳導問題時，要求盡量簡化設計，所以達不到FEA的求解精度和效率。因此我們可以同時使用上述兩種仿真方法進行熱分析工作，達到優勢互補的目的。
FEA求解器主要解決的區域
CFD求解器主要解決的區域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導入PCB文件，進行電與熱相關的參數設置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區域功率耗散的簡化仿真模型，再導入到CFD求解器中，添加風扇、機箱等結構實施CFD仿真，結果保存為一個CFD模型，代表設置環境（自然環境、風冷或水冷等）下的真實傳熱系數，再回到FEA求解器中導入CFD模型作為邊界條件，重新執行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡化模型
啟動Cadence Celsius Thermal Solver，選擇并打開Solid Objects Simulation for Layered Structures模塊，該模塊就是基于FEA求解仿真層狀結構（PCB板）。
展開 下午直播 | PCB可靠度工程仿真技術
PCB目前廣泛適用于各類電子產品。作為電子元器件的重要組成部分，隨著目前電子產品微型化，對于PCB的可靠性有著很高的要求，所以需要我們對PCB面臨的各類可靠性工況進行準確模擬。Ansys針對這類問題有著專業的解決方案，包含trace mapping，單元增強，Sherlock工具等。本次研討會講針對這些功能做一系列的介紹，同時會介紹通過我們開發的自有產品來解決復合材料造成的翹曲等相關可靠性問題。
Ansys攜手Autodesk推出Fusion 360 PCB擴展程序
圖為早期概念中描繪的Autodesk Fusion 360中嵌入的Ansys仿真技術示意圖，該模型僅供參考絕不代表其為最終產品（圖片由Autodesk提供）
Autodesk產品研發與制造解決方案執行副總裁Scott Reese指出：“我們構建的Fusion 360平臺能夠在統一環境中包含綜合全面的ECAD和MCAD功能以及制造工作流程，這讓設計人員和工程師能夠更高效地完成從概念到制造的產品研發。Ansys行業領先的仿真技術與Fusion 360的核心PCB設計功能強強聯合，將幫助制造商進一步加快產品上市進程。”
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler表示：“此次推出的擴展程序基于我們和Autodesk現有的良好合作，它不僅有利于更多設計人員和工程師采用電磁仿真技術，同時還能幫助用戶借助先進的仿真技術更快速地實現設計驗證和迭代。”
此次嵌入式集成基于Fusion 360近期推出的Ansys電子數據庫（EDB）導出功能，讓用戶能夠輕松導出Ansys文件并啟動Ansys Electronics Desktop。與此前合作的工作流程目標一致，此次合作旨在打破設計人員與分析人員之間的壁壘。產品設計人員和工程師將能夠使用Fusion 360 PCB擴展程序，從而更快速地設計符合電磁兼容性（EMC）要求的PCB。與此同時，專業的信號完整性/電磁干擾（SI/EMI）分析人員將繼續使用Ansys Electronics Desktop，從而實現產品電磁性能的詳細仿真和報告功能。
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