CST PCB STUDIO - анализ целостности сигналов в печатных платах
CST PCB STUDIO (CST PCBS) - изначальное название набора специальных инструментов для быстрого и точного численного моделирования печатных плат. Функционал продукта нацелен на поиск и решение классических проблем ЭМС печатных плат, определяемых на этапе разработки: поиск резонансов, отражений, перекрестных искажений, а также анализ шумов цепей питания, заземления и коммутации.
В настоящий момент продукт полностью интегрирован в систему проектирования CST STUDIO SUITE и для автономного использования недоступен.
Вычислители CST PCB STUDIO
Продукт CST PCB STUDIO (CST PCBS) объединяет в себе три метода численного моделирования, покрывающих широкий спектр анализируемых плат.
Метод построения частичных эквивалентных схем (PEEC-вычислитель)
Для однослойных или двухслойных печатных плат, работающих в низком или среднем диапазоне частот, наиболее оптимальным способом моделирования будет метод построения частичных эквивалентных схем (Partial Element Equivalent Circuit PEEC). Принцип его работы основан на построении эквивалентных SPICE моделей выделенных цепей, путем сегментирования их на отдельные участки. Для каждого участка производится расчет погонных сопротивлений, индуктивностей, емкостей и проводимостей, а также эквивалентных элементов магнитной или электрической связи между проводниками. Указанный метод используется либо самостоятельно для расчета эквивалентной схемы, либо в составе вычислителя падений напряжения IR-Drop.
Расчет падений напряжения
Вычислитель методом построения эквивалентных линий передач (Transmission Line Solver)
В случае анализа целостности сигнала на высокоскоростных многослойных
печатных платах рекомендуется использовать метод замещения модели линиями
передачи. Данная техника автоматически разделяет проводники платы вдоль их
длины на участки однородного сечения и для каждого из них рассчитывает все
необходимые параметры линии передачи. Затем получившиеся участки интегрируются
в иерархическую финальную модель, которая будет учитывать все паразитные
электромагнитные явления: время запаздывания, отражения и поперечные помехи в
многоканальных передающих линиях или шинах. Учет
а) до оптимизации
б) после оптимизации
Оптимизация целостности сигнала: значительное снижение уровня всплеска.
Вычислитель методом конечных элементов в частотной области (3DFEFD)
Работа вычислителя 3DFEFD основана на частотном методе конечных элементов с применением декомпозиции расчетной области. Базис метода образуют специальные функции, оптимизированные для работы с планарными структурами. Данный вычислитель главным образом ориентирован на моделирование целостности цепей питания в составе высокоскоростных печатных плат. Проводники в таких случаях представлены не в форме тонких линий передач, а в виде широких проводящих областей. По этой причине в вычислителе отсутствует возможность выбора цепей для исследования, и моделирование выполняется на уровне всех проводящих участков, входящих в состав проекта. 3DFEFD−солвер используется как самостоятельно, так и в составе PI (Power Integrity) вычислителя.
Следует добавить, что в CST PCB STUDIO доступен инструмент оптимизации числа и положения развязывающих конденсаторов (decap tool), используемых для подавления шумов цепей питания. В процессе настройки импеданса используется 3DFEFD−вычислитель, что позволяет точно учитывать как паразитные индуктивности и сопротивления – источники шумов, так и переходные отверстия.
Пример оптимизации импеданса цепи питания