【導(dǎo)讀】PCB設(shè)計(jì)能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強(qiáng)烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例，PCB設(shè)計(jì)會(huì)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(shè)計(jì)成功與否直接影響著產(chǎn)品的上市時(shí)間。
PCB設(shè)計(jì)能“一次成功”已成為電子行業(yè)最強(qiáng)烈的訴求。以電源產(chǎn)品為例，PCB設(shè)計(jì)會(huì)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(shè)計(jì)成功與否直接影響著產(chǎn)品的上市時(shí)間。在這個(gè)瞬息萬變的時(shí)代，能夠領(lǐng)先競爭對(duì)手一步推出產(chǎn)品，市場反響或?qū)⒊霈F(xiàn)天壤之別。因此，為保證產(chǎn)品上市時(shí)間這一首要任務(wù)，很多公司評(píng)估項(xiàng)目的時(shí)候會(huì)有一個(gè)PCB設(shè)計(jì)一板成功率的指標(biāo)。
然而，PCB設(shè)計(jì)一板成功率并不是很高。數(shù)據(jù)顯示，由于PCB設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題導(dǎo)致項(xiàng)目產(chǎn)生額外費(fèi)用或錯(cuò)過發(fā)布日期的占比高達(dá)58%。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)需要 8.5 天，每次重新設(shè)計(jì)的成本為4.4萬美元，每個(gè)項(xiàng)目平均2.9次重新設(shè)計(jì)……
阻礙電源設(shè)計(jì)進(jìn)化的幾大痛點(diǎn)
隨著行業(yè)應(yīng)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(shí)，電源產(chǎn)品的封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸也日趨標(biāo)準(zhǔn)化，以適應(yīng)全球一體化市場的要求。在此趨勢下，電源產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)面臨著更大的挑戰(zhàn)，主要包括電源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率是指電源的輸出功率與實(shí)際消耗的輸入功率之比，在實(shí)際應(yīng)用中，電能不能完全轉(zhuǎn)化，中間會(huì)有一定的能量消耗，所以，無論哪種電路，在電源轉(zhuǎn)換中必然存在效率問題。對(duì)于線性電源，需要考慮LDO的散熱問題；對(duì)于開關(guān)電源，要考慮開關(guān)管的損耗問題。
其次，有能量損耗就必然會(huì)產(chǎn)生熱量，這就涉及到散熱的問題。除此之外，隨著負(fù)載變重，促使電源芯片的功耗加大，所以，在電源設(shè)計(jì)中熱分布是個(gè)不得不考慮的問題。
再者是電源平面完整性設(shè)計(jì)。保持電源的完整性，就是保持電源的穩(wěn)定供電。在實(shí)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(hào)，快速的di/dt會(huì)產(chǎn)生電流波動(dòng)的信號(hào)，所以一個(gè)低阻抗的電源平面設(shè)計(jì)是必要的。
最后是EMI（電磁干擾）問題。開關(guān)電源在不斷的開和關(guān)就會(huì)產(chǎn)生開關(guān)噪聲，如果在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮回路電感問題，過大的回流路徑會(huì)產(chǎn)生EMI問題。
業(yè)界一直尋求能提高電源PCB設(shè)計(jì)成功率的方法。經(jīng)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)過程中，如果能提前預(yù)知可能的風(fēng)險(xiǎn)并規(guī)避，成功率將會(huì)大幅度提高。由此，選擇一款合適的設(shè)計(jì)仿真工具就顯得尤為重要。
簡單易用的設(shè)計(jì)和仿真工具
PADS Professional就是一款很適用于電源PCB設(shè)計(jì)的工具。PADS系列工具的特點(diǎn)是簡單易用，上手快，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和管理方面有更大的優(yōu)勢，在電子產(chǎn)品日益復(fù)雜和大型企業(yè)對(duì)于管理規(guī)范的要求日趨嚴(yán)格的環(huán)境下，PADS Professional擁有更加廣闊的應(yīng)用空間。
與競品相比，PADS Professional 功能強(qiáng)大，而且易學(xué)易用，價(jià)格還很實(shí)惠，它能為經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶提供所需的全部功能。此外，它的直觀易用特點(diǎn)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(hào)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(diǎn)是運(yùn)行速度快，使用簡單。
而Xpedition是一個(gè)企業(yè)級(jí)解決方案，具有完整的設(shè)計(jì)流程，包括元器件庫設(shè)計(jì)與管理、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、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(qiáng)大的流程管理和數(shù)據(jù)管理、并行設(shè)計(jì)，協(xié)同設(shè)計(jì)，集成式驗(yàn)證等優(yōu)勢是Xpedition獨(dú)有的標(biāo)簽。
具體來看，PADS Professional使用Xpedition技術(shù)，提供了無可比擬的性能及超值的價(jià)格，另外通過搭載HyperLynx套件，提供信號(hào)/電源完整性和熱分析和驗(yàn)證設(shè)計(jì)，滿足PCB硬件工程師在電路板設(shè)計(jì)流程的任何需求。
PADS Professional和HyperLynx軟件的有效結(jié)合，可以幫助PCB工程師有效地分析、解決并驗(yàn)證關(guān)鍵的要求，以避免代價(jià)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(duì)癥電源設(shè)計(jì)難題
按照傳統(tǒng)電源設(shè)計(jì)流程，在完成每一個(gè)環(huán)節(jié)后都需要工程師單獨(dú)進(jìn)行評(píng)審，確認(rèn)無誤后再進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。具體來說，電源設(shè)計(jì)首先要完成電路圖的理論和功能性仿真驗(yàn)證，再進(jìn)行原理圖繪制，然后再進(jìn)行信號(hào)完整性等分析，接下來，由版圖設(shè)計(jì)工程師完成layout設(shè)計(jì)，之后給到EMI工程師去進(jìn)行電磁干擾性驗(yàn)證。整個(gè)流程高度依賴于人工檢查，耗時(shí)比較長。
隨著電子設(shè)計(jì)要求的提高，電路變得更復(fù)雜，上市時(shí)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(shí)到，電源設(shè)計(jì)不再是只靠一兩個(gè)工程師的“單打獨(dú)斗”而是需要多個(gè)部門進(jìn)行“聯(lián)合作戰(zhàn)”。
基于此，電源設(shè)計(jì)一體化解決方案可謂應(yīng)運(yùn)而生。該方案緊密結(jié)合了PADS Professional、HyperLynx、Xpedition AMS等套件，有效組合成集成驗(yàn)證平臺(tái)，幫助工程師一體化完成從最初的電源設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證到最終的結(jié)果輸出，極大優(yōu)化了流程。整個(gè)方案會(huì)帶來多重好處，其中就包括縮短上市時(shí)間，提高穩(wěn)定性，減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和降低成本。
這樣的解決方案無疑對(duì)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(shè)計(jì)的需求做了專門的參數(shù)優(yōu)化，使用6個(gè)工具（PADS Professional & Xpedition AMS、HyperLynx SI/PI、HyperLynx DRC、HyperLynxThermal）組成一個(gè)完整的解決方案，工程師直接上手使用就可以。
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