Материал: Электромагнитная совместимость радиотехнических систем. лабораторный практикум. Федоров С.М., Ищенко Е.А

Рис. 49. Настройка источника питания для IR-Drop

Также при отсутствии IBIS модели, следует вручную указать потребление тока исследуемых компонентов, которые подключены к линии питания, как правило, максимальные значения указаны в документации элемента. В данном случае для тестового моделирования выбрано потребление в 250 мА.

В окне настроек моделирования (рис. 50) необходимо выбрать источник питания, после чего в левом окне появится список элементов, которые можно использовать в процессе моделирования, то есть только те микросхемы, которые подключены к шине питания.

Рис. 50. Настройки IR-Drop

Далее можно начать моделирование. Первым показанным результатом будет таблица (рис. 51) падения напряжения на контактах, потребления токов, а также распределения номиналов потерь и рассеивания энергии на дорожках и слоях печатной платы.

35

Рис. 51. Результаты IR-Drop анализа

По полученным данным видно, что падение напряжения на земляном контакте микросхемы составили 0,44 В; ток потребления 0,25 А. Более интересными являются результаты 2D/3D:

1) плотность токов (Current Density) – векторная физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент по- Аверхности/м2 единичной площади, единица измерения данного показателя – [1 ]. Для данного параметра очень важно увидеть, где протекает меньший ток, нежели, чем на других участках цепи питания. В данной ситуации минимальные значения плотности тока (рис. 52) наблюдаются в переходных отвер-

стиях на печатной плате (синие точки);

Рис. 52. Картина плотности тока на исследуемой печатной плате

2) потери мощности (Power Loss) – рассеянная мощность, в процессе протекания тока по проводникам, на тепло, потери в диэлектрике и проводнике. Данная величина измеряется в данном случае в [Вт], а результат моделирования для данного примера приведен на рис. 53;

36

Рис. 53. Потери мощности при прохождении тока по проводникам

3) поверхностная плотность тока (Surface Current Density) – векторная величина, равная пределу произведения плотности тока проводимости, протекающего в тонком слое у поверхности, на толщину этого слоя, когда последняя стремится к нулю. Данная величина измеряется в [А/м].

Цель измерения состоит в том, что иногда в электронных устройствах ток течет через очень тонкую пленку металла или тонкий слой металла, имеющий переменную толщину. В таких случаях исследователей и конструкторов интересуют только ширина, а не общее поперечное сечение таких очень тонких проводников. Результат моделирования приведен на рис. 54.

Рис. 54. Поверхностная плотность тока

4) напряжение (Voltage) – показывает напряжение на участках цепи в [В], для данного случая приведена на рис. 55;

37

Рис. 55. Напряжение линии питания и заземления

5) падение напряжения (Voltage Drop) – показывает, насколько упало напряжение [В] на линии питания/заземления, причем стоит учитывать, что на линии VCC падение напряжения менее 1 В, а на земле падение стремится к номиналу источника напряжения (рис. 56).

Рис. 56. Картина падения напряжений на линии питания

Данный анализ является важной частью изучения электромагнитной совместимости печатной платы, так как позволяет найти не только номинальные значения падения напряжений на печатной плате, а также и картины полей, на которых можно обнаружить зоны повышенных потерь для проводников, что может позволить упростить процесс модификации дорожек с целью уменьшения потерь.

38

Использование Microwaves studio для моделирования печатной платы

Завершающим этапом в исследовании ЭМС является построение картин магнитного и электрического полей, а также их измерение на удаленности от проводников. Данное моделирование является самым ресурсоемким, по сравнению с PCB Studio. Так, моделирование может выполняться двумя вычислителями F (частотный) и T (временной (TLM)), первый обладает меньшей точностью, но требует значительно меньших вычислительных мощностей, в то время как для TLM рекомендуется применение GPU (графического ускорителя) для ускорения вычислений. Режим TLM был создан специально для моделирования печатных плат и изучения картин полей на их поверхностях. Обязательно требуется выбрать единицы измерения – «мм» или «mil», иначе импорт может закончиться ошибкой.

Рассмотрим пример такого моделирования (с использованием частотного вычислителя) для печатной платы, которая построена вAltium Designer (рис. 57), при этом если у компонентов присутствуют 3D-модели, то возможно проведение дополнительного – теплового моделирования и рассеивания тепла воздушными потоками.

Рис. 57. Исследуемая принципиальная схема

Так, на основе данной принципиальной схемы была сформирована печатная плата, при этом у компонентов присутствуют 3D модели. Для импорта модели в CST MWS Studio необходимо сохранить модель в формате ODB++. Для начала импорта необходимо выбрать: Modeling -> Import/Export -> 2D/EDA Files -> ODB++, после чего выбрать путь до архива с файлами, которые сохр а- нены в соответствующем формате. После выбора файла будет открыто окно настроек импорта файла (рис. 58). В данном окне необходимо настроить все основные параметры печатной платы для моделирования, так при моделировании в microwaves studio учитываются только пассивные компоненты, а основной акцент делается на излучение, которое исходит от дорожек.

39