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PCB電源設計進化該如何提高成功率?

鉅大LARGE  |  點擊量:51次  |  2020年08月29日  

摘要
PCB設計能“一次成功”已成為電子行業最強烈的訴求。以電源產品為例,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品的上市時間

pCB設計能“一次成功”已成為電子行業最強烈的訴求。


以電源產品為例,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品,市場反響或將出現天壤之別。因此,為保證產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。數據顯示,由于pCB設計出現問題導致項目出現額外費用或錯過公布日期的占比高達58%。設計失敗還將帶來高昂的成本,據生命周期洞察研究顯示,每次重新設計要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


隨著行業應用日趨廣泛多元,電源產品也不斷向高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化方向發展。同時,電源產品的封裝結構、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,電源產品的pCB設計面對著更大的挑戰,重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。關于線性電源,要考慮LDO的散熱問題;關于開關電源,要考慮開關管的損耗問題。


其次,有能量損耗就必然會出現熱量,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,就是保持電源的穩定供電。在實際系統中,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會出現電流波動的信號,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出現開關噪聲,假如在設計過程中沒有考慮回路電感問題,過大的回流路徑會出現EMI問題。


業界一直尋求能提高電源pCB設計成功率的方法。相關經驗表明,在設計過程中,假如能提前預知可能的風險并規避,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


pADSprofessional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pADSprofessional是pADS家族最高階的套裝,適合要處理一切的工程師。pADSprofessional相比pADS軟件在設計和管理方面有更大的優勢,在電子產品日益復雜和大型公司關于管理規范的要求日趨嚴格的環境下,pADSprofessional擁有更加廣闊的應用空間。


與競品相比,pADSprofessional功能強大,而且易學易用,價格還很實惠,它能為相關經驗豐富的用戶供應所需的全部功能。此外,它的直觀易用特點使得業余用戶也可以利用它來提高生產率。


Hyperlynx系列仿真工具包括HyperLynxSI/pI、HyperLynxDRC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是一個公司級解決方法,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、生產數據的處理、SI/pI仿真、EMC/EMI分析、熱分析及數?;旌戏抡娴?。與同類產品相比,強大的流程管理和數據管理、并行設計,協同設計,集成式驗證等優勢是XpediTIon獨有的標簽。


具體來看,pADSprofessional使用XpediTIon技術,供應了無可比擬的性能及超值的價格,另外通過搭載HyperLynx套件,供應信號/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。


pADSprofessional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,以防止代價高昂的返工,將產品更快地推向市場,并降低成本。


一體化解決方法對癥電源設計難題


按照傳統電源設計流程,在完成每一個環節后都要工程師單獨進行評審,確認無誤后再進入下一環節。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,傳統的流程已經不能滿足市場需求。業內開始逐漸意識到,電源設計不再是只靠一兩個工程師的“單打獨斗”而是要多個部門進行“聯合作戰”。


基于此,電源設計一體化解決方法可謂應運而生。該方法緊密結合了pADSprofessional、HyperLynx、XpediTIonAMS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,極大優化了流程。整個方法會帶來多重好處,其中就包括縮短上市時間,提高穩定性,減少設計風險和降低成本。


這樣的解決方法無疑對行業是一大利好,而帶來此種方法的正是著名EDA廠商Mentor公司。據了解,Mentor公司把要用到的工具按照電源設計的需求做了專門的參數優化,使用6個工具(pADSprofessional&XpediTIonAMS、HyperLynxSI/pI、HyperLynxDRC、HyperLynxThermal)組成一個完整的解決方法,工程師直接上手使用就可以。


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