浅谈PCB电磁场求解方法及仿真软件

s和无线频率进几GHz领域，考虑非均匀互连的不连续性带来的影响变得越来越重要。主要有两类最基本的互连不连续:PCB上不规则形状的互连对象，如:过孔、走线拐角、非均匀走线；IC以及PCB之间的互连结构。过去，对电路板上的均匀走线和封装使用静态或准静态场解算器进行建模。那些尺寸孝不规则形状的对象都采用近似或直接忽略的方式处理，这样的方法对于沿速率相对较慢的信号的建模与仿真已经足够了。但是，对于吉比特级的系统，特别是对于那些数据率超过了5Gbps的信号，电路板和封装的细微结构造成的不连续性将显著影响信号的质量，这将引起眼图的闭合并带来不可接受的误码率。因此，对于吉比特级系统的分析，需要引入三维电磁场全波分析技术。

CST印制板工作室

CST 印制板分析软件基于积分方程和边界元（BEM）的算法，能快速准确地从PCB结构得到电路仿真用的传输线电路（TLC）模型及部分元件等效电路（PEEC）模型，可以输出标准SPICE集总模型（R，L，C，G）或者SPICE分布模型（Z，V，T）以及特殊的仿真模型（比如：HSpice W-model）。 使用软件内建的功能强大的二维场求解器以及高级网络仿真器，可以非常容易地处理任何类型的EMC问题。内置的仿真器会自动考虑趋肤效应、介质损耗。

此外，CST印制板分析软件还将产品公差分析或电介质完全地考虑到诸如信号完整性、辐射或串扰等EMC计算中。其高效的内核可以分析从非常小的结构（比如：单一信号线）到复杂整板。

求解原理及优点：

CST 印制板分析软件是为满足行业用户对于电磁兼容性、信号完整性和功率完整性效应的建模和仿真而开发的复杂印制板系统分析软件。它为业界提供了完整的PCB板级、部件级及系统级的电磁兼容性、信号完整性及功率完整性分析解决方案。可以分析单层、多层复杂PCB板的信号完整性（SI）、电源完整性（PI）、PCB板对外的辐射及外界环境对PCB板的影响等等，还可以给出整板的电流分布和SPICE模型等。软件主要功能特点如下：

（1）、时域及频域算法；
（2）、2D边界元法(BEM)和2.5D部分单元等效电路法(PEEC)提取Layout的分布参数网络模型；
（3）、基于SPICE模型快速仿真包含走线、无源RLC器件、IC模块及各类非线性器件整板的信号完整性和各器件上的电压和电流，并得出PCB板上的电流幅相分布；
（4）、将PCB上电流导入CST MWS或CST MS进行包含有机箱机壳等整个系统环境下的电磁辐射仿真；
（5）、与CST MWS或CST MS联合完成在整个系统环境受到外界电磁辐照时PCB板上的感应电压和电流。

HyperLynx

HyperLynx SI提供三维电磁场建模与仿真功能，在Linesim中集成HyperLynx 3D EM三维电磁场仿真引擎，能够在"前端"实现三维过孔物理结构电磁建模 ，提供Boardsim与HyperLynx 3D EM的接口，能够提取复杂PCB结构的3D模型，从而实现精确的三维电磁场建模与仿真。

总结：

随着射频应用频率和速率越来越高，以及计算机技术的发展，早期的2D求解器基本不能满足现代产品的设计需要，大部分商业软件都会采用全波3D算法，这是一个趋势。总的来说，没有一个求解器或软件适合所有应用，应该针对不同结构和电路特点选择。选择一个求解器和仿真软件，除了考虑求解对象几何维度，还行确认那些特殊效应需要仿真，这些效应是如何被模拟的。我经常说的一句话"没有最好的PCB仿真软件，只有最适合的仿真软件"。

作者：徐兴福 兴森科技

参考文献：

1. 钟章民 代文亮 《Cadence高速电路设计》电子工业出版社
2. 徐兴福 《ADS2011射频电路设计与仿真实例》电子工业出版社

来源：兴森科技微信号