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圖解多物理場模擬及在汽車相機模組上的應用

An-Yu Kuo 博士曾經在 Cadence CDNLive 以色列分會場的開幕演講上討論過「PCB 設計與分析中消弭電氣、機械等領域之間的差距」主題。現如今,PCB 設計與分析涵蓋更多領域:電磁學的多物理分析、訊號完整性分析、傳熱分析、流體動力學(用於冷卻氣流等),以及 電路板和外殼的實際機構設計

使分析變得複雜化的根本原因是以上這些領域全部相互作用。例如,在外殼上打洞可以改善熱問題(更多通風),但會使電磁輻射更加嚴重(更多間隙可以使射頻訊號通過);同時產生的溫度變化也會影響訊號完整性——這些因素相互作用,無一能夠擺脫。由於這些問題超出了設計人員手動處理的範圍,需要解決方案越來越自動化。

機械和電氣

目前最大的變化即在這一領域:機械設計在很大程度上已經獨立於電氣設計,但現在這兩個領域越來越交織在一起。我們越來越無法忽略連接器的形狀對訊號完整性造成的影響。

連接器可以透過有限元方法(FEM)進行建模,其中機械結構被分解為可共同構成整個結構的微小元素,而這些元素足夠小以至於其間一切都是固定的。使用細節級別取決於所需精度的自我調整網格功能,可以透過不浪費時間在對結構不重要的部分上進行詳盡分析而大大加快執行時間。上圖顯示了網格功能及電流分析,而後進一步細分為電場和磁場的過程。

完整的熱和 EMI 優化流程

一個完整的包含熱分析和 EMI 分析的流程始於機械設計和 PCB / 封裝設計。將二者輸入 3D 模擬模型後,多物理優化將執行 EMI 分析以及熱和應力分析,從而實現系統設計的優化。

下面我們來對一個應用在汽車上的相機模組進行分析。實際上這個相機只有一枚硬幣大小,比圖片中給人的印象要小很多。右圖是相機的實物照片,左圖則是模型。

相機內部有兩個 PCB,一個是圖像感測器,另一個則是將圖像從相機中匯出的介面。

這個相機只有一枚硬幣大小,因此這些 PCB 的尺寸就更小。現在我們輪流對每塊電路板進行熱分析和電分析。

最後,我們得到了主 IC 的溫度和由此產生的暫態功率分佈圖。

總結

An-Yu 在開幕演講中更詳細地介紹了所有求解器是如何交互以創建出整合解決方案的。該解決方案由底部的創新求解器構成,用於機械、熱、EM 和訊號分析。這些分析緊密整合在一起,因此我們可以使用諸如複雜的連接器來進行電路板設計,並將連接器分析引入 Allegro 以在電路板佈局中使用。所有求解器都被分組到一個主視窗中,該主視窗同時還具有使用者可以配置的工作流及用於自動化批次處理運行的 TCL 介面。

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