信号完整性 | Ansys助力Autodesk Fusion 360改进PCB设计

本文原刊登于Ansys Blog：《How the Ansys-powered Autodesk Fusion 360 Signal Integrity Extension Improves PCB Design》

作者：Rob Kusick | Ansys战略合作伙伴关系总监

随着众多生活中常见产品的电气化程度不断加速提高，市场对于更快速、更小巧、更智能的电子产品的需求也在快速增加，这也意味着工程师亟需迅速应对日益复杂的挑战。

电子设备正在以前所未有的速度发展，我们可从以下指标中窥探一二：4K电视（可处理4K视频）可以支持1.4 GHz乃至更高的频率范围，这就需要快速传输大量数据。在这些系统中，一些关键属性，比如信号干扰和时序延迟的可能性都在不断增加。

随着每一代新产品的推出，不断缩小的印刷电路板（PCB）及组件需要更小的高速传输线（PCB上的走线）、并采用更紧密的封装，产生噪声和干扰导致信号问题的可能性也在增加。

与此同时，客户要求新产品能够更快供货，这意味着工程师必须缩短设计和测试其最新创新产品的时间。如果对设计性能没有绝对的信心就急于投入生产，寄望于这样就能获得最好的结果，就可能导致成本高昂的设计返工，并延迟上市进程。

而由Ansys技术支持的Autodesk Fusion 360信号完整性扩展可以解决上述问题。通过结合使用面向PCB设计的Fusion 360云端软件平台和Ansys市场领先的电磁仿真工具，PCB设计人员和工程师可以在流程的每一步深入了解其设计性能，从而提高他们对最终产品首次及之后每一次都能够正常运行的信心。

Ansys和Autodesk之间的合作伙伴关系建立在打破产品设计流程中的工程壁垒、并向设计人员和工程师普及仿真技术的基础之上。仿真驱动设计有助于更好地管理创新，并应对日益增加的产品复杂性、更短的产品生命周期和不断增长的消费者期望。在Fusion 360中嵌入Ansys仿真技术，有助于扩展PCB设计人员研发智能消费类电子产品的能力，以便在设计流程中获得电磁学领域的洞察。由Ansys技术支持的Fusion 360信号完整性扩展对PCB设计人员的价值主要体现在以下四个方面：

1. 配置简单：快速、轻松地输入参数，然后选择目标信号进行快速和按需分析

2. 阻抗匹配：管理和控制整个电路板上每个关键信号的阻抗，以获得最佳的高速设计性能

3. 信号洞察：分析您的设计信号，以检查用于表征高速设计的参数，如信号延迟、走线长度、阻抗和耦合

4. 视觉违规标记：利用2D PCB设计上叠加的颜色编码图，直观地识别任何潜在的阻抗或耦合问题

查看由Ansys技术支持的Autodesk Fusion 360信号完整性扩展实际应用的简单示例。点击此处了解更多信息

当我们谈论信号完整性时，我们主要关注的是电信号是否沿着连接组件的走线移动，同时避免信号失真。在这个过程中，最重要的变量之一是走线的阻抗，阻抗是电路或组件对交流电的有效电阻。走线弯曲、不连续、反射和阻抗不匹配都会导致信号失真。对于给定的PCB，走线具有指定的阻抗值和公差，而这些值会受到走线宽度、走线材料、介电常数和层厚等变量的影响。

在设计或修改PCB时，工程师会输入其所需的阻抗和公差参数。由Ansys技术支持的Fusion 360信号完整性扩展在走线上叠加了色图，以指示走线是否在公差范围内。工程师可以立即查看走线中可能存在问题的地方（如不连续性），并可以移动走线（比如将走线拉直、或者将走线变宽、变窄），直至电路板上的所有走线都在颜色编码所示的公差范围内。此外，该扩展还可以提供有关信号长度、发射器到接收器的时间、电感、电阻、电容、延迟等参数的数据。

当达到了阻抗和公差要求，电路板就可以被用于研发流程的下一个步骤。由于已经过Ansys电磁工具的验证，工程团队可以确信PCB走线部分的设计是可靠的。

该嵌入式集成基于Fusion 360的Ansys电子数据库（EDB）导出功能，可轻松连接Ansys Electronics Desktop，并让信号完整性/电磁（SI/EMI）分析人员能够继续对产品的电磁性能进行详细的仿真以及生成报告。通过结合使用Fusion 360信号完整性扩展和Ansys Electronics Desktop工作流程，用户可以在研发流程的所有部分嵌入电磁学分析，加速产品上市进程，保证电磁兼容性（EMC），以及提高创新敏捷性，从而研发更智能的产品。

Fusion 360信号完整性扩展可在设计流程的早期阶段为PCB设计人员提供走线的，近乎实时的信号完整性数据，避免了多个样板的打样和测试，以及成本高昂的设计返工，从而节省了时间和资金。在研发和制造智能互联设备时，企业不仅可以满足日益严苛的需求，而且能够确信其PCB的信号完整性能够满足设计指标。