ECAD-Simulationszusammenarbeit für den PCB-Designprozess

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Published on
2023-06-21
Written by
Paavo Tuomola

ECAD-Simulationszusammenarbeit für den PCB-Designprozess – ein Beispiel mit Altium und Ansys SIwave

Die Verwendung von Simulationssoftware zusammen mit Elektronikdesignsoftware bietet die Möglichkeit, Leiterplatten (PCBs) und elektronische Systeme in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses zu testen. Wenn die Methoden vor dem Testen richtig angewendet werden, können die Ausgaben für physische Prototypen minimiert werden. Das Erkennen möglicher Designfehler vor der Fertigung kann dazu beitragen, die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen und spätere Korrekturen zu vermeiden.

Fehler in Elektronikdesigns können von einfachen fehlenden Verbindungen bis hin zu komplexeren Problemen reichen, wie z. B. Signalintegrität, Stromversorgungsintegrität und Erwärmung von Komponenten. USB hat sich in der modernen Elektronik zum Standard für serielle Computerschnittstellen und die Stromversorgung oder das Aufladen externer Geräte entwickelt. Mit Hilfe der Ansys Electronics Simulation kann ein Elektronikentwickler überprüfen, ob die Schnittstelle den Standards entspricht.

Ansys SIwave ist eine spezialisierte Plattform für die Stromversorgungs-, Signalintegritäts- und EMI-Analyse von elektronischen Gehäusen und Leiterplatten und ist Teil der Ansys Electronics Suite. Die Übertragung eines PCB-Designs von einem Elektronik-CAD (ECAD) zu Ansys SIwave ist einfach, und der Einstieg in die Simulationen ist intuitiv, selbst für Konstrukteure ohne vorherige Erfahrung mit Simulationen.

Die Partnerschaft zwischen Altium und Ansys unterstützt das native EDB-Format, sodass der Export eines Designs aus Altium und der Import in Ansys äußerst einfach und effizient ist. Laden Sie die Ansys EDB-Erweiterung in Altium herunter und wählen Sie Ansys EDB als Exportformat. Importieren Sie in Ansys SIwave eine Ansys EDB-Datei.

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Die Verwendung von EDB zwischen den Tools bietet einen nahtlosen Arbeitsablauf, umfassende Designinformationen, Synchronisationsmöglichkeiten, parametrische Analysen und einen hervorragenden Zugang zu verschiedenen Simulationsfunktionen. Wenn Sie nicht über Altium Designer verfügen, unterstützt Ansys SIwave auch das ODB++-Format, das Sie verwenden können, wenn Ihr ECAD das EDB-Format nicht unterstützt.

Dieses Beispiel zeigt, wie man eine Leiterplatte aus Altium exportiert und in Ansys SIwave importiert.

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Der Prozess überträgt alle Daten aus Altium in Ansys. Bauteile und ihre Werte, Schichtdicken und Materialien, Netznamen, Leiterbahnbreiten, dielektrische Konstanten usw. Wenn Sie Änderungen am Design in Altium vornehmen, brauchen Sie nur zu exportieren und erneut zu importieren, und die aktualisierten Daten werden für die Simulationen verwendet.

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Ansys SIwave bietet einen intuitiven Arbeitsablauf-Assistenten, der einige Schritte zum Fortschreiten des Simulationsprozesses aufzeigt.

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Die Verifikation ermöglicht die Überprüfung, ob die Daten korrekt in Ansys übertragen wurden.

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Der erste natürliche Schritt für viele Simulationen ist eine DC-IR-Abfallanalyse. Bei der Durchführung dieser Analyse muss der Benutzer Stromwerte für Komponenten, die Strom verbrauchen, und Spannungswerte für Spannungsquellen auf der Leiterplatte eingeben. Das Ergebnis liefert eine visuelle Darstellung der Stromwerte und Stromdichten auf der Leiterplatte sowie der Leistungsdichten und Spannungswerte.

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Die DC-IR-Simulation ist die Grundlage für thermische Simulationen mit Ansys Icepak oder die Elektromigrationsanalyse mit Ansys SIwave. Andere Analysemethoden in Ansys SIwave, wie EMI-, Impedanz- und Crosstalk-Scans, können durch einfaches Anklicken der entsprechenden Schaltflächen aufgerufen werden.

Für Signale bietet Ansys SIwave einen Signalintegritäts-Assistenten, bei dem Sie einfach auswählen können, welche Netze Sie analysieren möchten. Außerdem gibt es einen DDR-Assistenten für die Analyse von DDR-Modulen auf den Leiterplatten. Anhand der von der Ansys-Simulation gelieferten Daten können Sie Ihre Leiterplatte anpassen und sehen, wie Ihre Änderungen die Leistung Ihres Designs verbessern.

Viele Simulationen in Ansys SIwave lassen sich leicht durchführen, und die Setups können nahezu komplett automatisiert werden. Wenn Sie mehr Kontrolle und Genauigkeit wünschen, können Sie die Parameter und Brennpunkte für Ihre Analyse manuell auswählen. Das macht Ansys SIwave zu einem hervorragenden Werkzeug, dessen Möglichkeiten von einfachen Scans bis hin zu komplexen Analysen reichen. Es hängt alles von Ihrem gewünschten Ergebnis ab.

Für einen Elektronikentwickler bietet Ansys SIwave ein Werkzeug, das die schnelle Validierung eines Elektronikdesigns und seiner Leistung unterstützt. Es bietet auch leistungsstarke Werkzeuge für die komplexere Analyse einer Leiterplatte und ermöglicht es, den Ursachen auf den Grund zu gehen, die zu einem Fehler geführt haben könnten oder warum ein Design aus dem Testlabor zurückgekommen ist.

Ohne vorherige Erfahrung mit einer der beiden Softwareprogramme, Altium ECAD und Ansys SIwave, habe ich erfolgreich Daten zwischen den beiden Programmen übertragen und Ergebnisse aus den Simulationen erhalten. Der Einstieg in die Simulationen ist recht intuitiv und einfach. Mit Hilfe einiger Online-Lerntools und Videos sind die Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz von SIwave in der Produktentwicklung ein einfacher Vorgang.

Meiner Erfahrung nach könnte Ansys SIwave bereits in den frühen Phasen des Konstruktionsprozesses eingesetzt werden. Die Aufnahme in den Arbeitsablauf würde ein zusätzliches Instrument zur Bestätigung der Qualitäts- und Leistungsanforderungen an die Leiterplatte bieten. Um zu überprüfen, ob alle Komponenten ausreichend mit Strom versorgt werden, ob die Signalintegrität in Ordnung ist, ob sie sich nicht zu stark erwärmen usw., ist die Implementierung von Simulationslösungen in den PCB-Designprozess von Vorteil.

 

Paavo Tuomola, Business Development Manager für CAE, PDSVISION

 

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