技术博客 I 如何为多板设计正确设置并整理设计？_System_电源_电路_电子_Cadence

技术博客 I 如何为多板设计正确设置并整理设计？

本文要点

收集信息和配置数据对于多板设计非常重要。
原理图绘制和 PCB layout 与从前无异，但需要在同一环境中处理整个系统的电路板。
多板系统设计有助于设计人员对整个系统进行检查和仿真，不再局限于单个设计。
设计人员需要了解系统连接器的具体规格，并优化连接器来满足电子设计要求。

多板设计流程，PCB设计的新拼图

PCB 设计是一项复杂的工程。要将设备的要求转化为提供相应功能的有效电路，需要大量的设计决策。PCB 的尺寸、形状和性能要符合相应的标准、工期和成本要求。整个过程就像一张精细的“拼图”，等待PCB 设计工程师的完成。

多 PCB 设计系统的出现又增加了一块“拼图”，不过，它本身就更像是一张全新的“拼图”，而不仅仅是其中一块。在过去，系统设计通常涉及众多人员和工具，现在则更需要 PCB 设计工程师独当一面，这样的优势是可以集中决策，但同样也带来了更多的责任。那该如何运筹帷幄，为系统设计创建一个实用的工作流程呢？

系统内部结构图

多板设计过程概述

1. 从掌握好信息开始

要想了解一块电路板与目标系统的匹配程度和交互方式，需要大量的信息，这对设计系统中的所有电路板来说更是如此。例如，如果多个电路板在同一个面板中一起制造，则需要权衡各 PCB 的层叠结构。

除了设计团队，还要与制造商一起合作，确保软件和机械要求都已清楚明白。多板设计将多个设计整理到一个环境中，从而缩短开发时间。因此，需要确保设计流程和工作流程实时更新，时刻就位，而不是走单板设计实践程序的陈年老路。

多板设计需要各团队协同合作

2. 多板设计中的原理图绘制

系统原理图设计与层次化原理图设计类似，但上层模块不是代表不同的电路区域，而是不同的电路板。多板设计的流程是在系统原理图中将单个的原理图链接在一起。除了设计和仿真单个原理图，同时还可以进行系统级的仿真。

3. 整理和设置设计规则

每个 PCB layout 都需要设置设计参数、设计规则及约束条件。多板设计也不例外，每个 layout 的 PCB 元件库、层堆叠和设计规则等都需要如此设置，不同 layout 数据库之间的一致性越高，在不同设计之间切换时需要进行的调整就越少。

在整理和设置设计规则之前，可以先把不同的电路板外形模板、层堆叠和设计规则保存在中心位置，就像 PCB 元件库的管理方式一样。这样做有助于让设计井井有条，不必为每个设计手动输入信息，因此能够尽快开始处理 layout。使用模板和副本还有助于减少重复输入同一规则时的常见人为错误。

为 PCB layout 设置设计参数、设计规则及约束条件

4. 多板设计实现

多板 PCB layout 与常规 layout 非常相似，依然需要单独设计每个电路板。优点是，我们可以查看不同的电路板以及设计的机械元素，以验证 layout 中元件的摆放。这有助于避免元件、外壳或系统中必须紧密排列的其他物体之间的空间问题。使用CAD 工具，也可以将设计分割成几个部分，分配给其他团队成员，同时保持多板系统的完整性。

使用 CAD 工具的 3D 功能，可以清晰地查看设计在系统拼接完成后的各个方面情况。除了 3D 障碍检查，还可以直观地视觉验证设计中的各个部分——这在以前是无法实现的。例如，可以查看连接器与电路板和其他电路板、机械障碍和系统外壳的匹配情况。它们也许会通过设计规则检查，但以 3D 方式查看时，可能就会发现不便于检修的设计缺陷。

5. 完整的系统设计同步审查

在整个多板系统设计流程中，很多节点上都需要对照其他电路板和整个系统，对设计进行检查。多板系统的 3D 建模，有助于在制造之前对电路板系统进行虚拟原型验证。与标准的原型构建过程相比，这可以节省大量的时间和金钱。同时，通过检查多板系统中各个 PCB 之间的连通性，还能在不进行实际硬件检查的情况下，验证内部系统连接的正确性。

Allegro X 23.1 版本即将发布

在多板系统设计流程中，设计人员该如何从系统视角把控核心，实现更好的协作和更多的“一版成功”？

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来源：Cadence楷登

如何在 Clarity 3D Solver 中设置 Patch 天线模型和频域模拟分析

适用于 PCB、IC 封装和连接器不同结构的完整 3D 电磁全波求解方案-- Clarity 3D Solver，其 3D Workbench 提供了简单易用的图形用户界面（GUI），能高效进行各式设计的 S 参数萃取和精准的电磁仿真分析。本文将以中心频为 2.755GHz 的贴片天线（Patch Antenna）为例，一步步带您快速了解如何使用 Clarity 3D Workbench 设置模拟环境并得到 S参数，以及 3D 远场辐射场型图。步骤一：创建模拟模型1创建一个命名为 “Patch_Antenna” 的新 project选择 File > New：再选择 File > Save As，文件名输入 Patch_Antenna 后存档： 2设定 Patch Antenna 各项设计参数选择 Edit > Parameters，按鼠标右键选择 Add，按以下表格添加各参数名称及其数值，设定完成后按 OK： 3通过参数建立模拟模型点击 Parts > Create box，在 Modeler 窗口内任意点选3个点建立出 Box 对象：根据序创建四个 Box，并根据前一个步骤设定好变量，套入以下各个 Box 对象的 Position 以及 Size 字段并重新命名 Box 名称：初步编辑好的模型如下图： 4点击 “Inset_primitive” 对象后右键复制（CTRL+C），并粘贴（CTRL+V），然后编辑复制后的 “Inset_primitive1” 对象 Position 资料接着同时将 “Patch”、“Inset_primitive”、“Inset_primitive1” 三个对象选取后，点击 Modeller > Boolean > Subtract，出现如下右图所示，按OK：完成后的模型应如下图所示： 5设定对象材料特性点击 “Sub” 对象，在 Property 窗口的 Material 栏位中选择下方按键：开启 Material Manager 窗口：通过 Material Manager，可以新增内建的材料到 Project中。勾选 Show Material Library，选择 FR4_4.5 和 copper 后，点击 Export to Design，按 OK，即可新增 Project 所需的 PCB 材质 FR4 以及金属铜（Copper），接着关闭 Material Manager 窗口。接着如下图所示，在 “Sub” 对象的 Material 下拉菜单中选择 FR4_4.5，另外将其他对象“Patch”、“ Ground”、“Feed_Line”的Material选择设定至copper。步骤二：模拟设定与分析6为了能够进行模拟，必须设定激发端口（ports）于设计中“Shift+E” 切换到 Edge 选择模式 > 选择 “Feed-Line”对象底面 > 右键并选择 Create Curve from Edges：在 Project 窗口中，选择新产生的 “Feed_Line_1”对象，并在模型窗口中按右键选择 Sweep > Along Vector，依序点选下图（1，2）板边两个点，完成Feed port 对象： 7Lumped port 设定选择“Feed_Line_1”对象，按右键点击 Assign Excitations > Lumped Port 在 Port Definition 弹出窗口中按 Next，点击位置1 以及双点击位置2 ，再按下 Finish 键：可以从 Project 窗口中选择 Port，确认 Lumped port 是否设定正确。 8接着产生模拟边界，并设定边界条件在菜单中点选 Parts > Bounding Box，选择 Absolute offset，并将值设定至 50mm，按 OK： “Shift+F” 切换至 Face 选择模式，接着从 Project 中选择 BoundingBox ，在模拟窗口中按右键，选择 Assign Boundary Conditions > ABC：以上步骤就已经完成 Patch 天线的模型（Model）编辑。9设定模拟解析频率为 2.755GHz，模拟频率范围 2.25 到 3.25GHz，以 5MHz 为一个step size于上方选单中点选 Solver > Analysis Setup > Simulation Options > Frequency Setting ，在 Solution Frequency 字段里输入 2.75e+9 并设置频率范围后按下 Refresh，接着勾选 Save mesh and fields 、以及 2.755GHz 的 Near field 和 Far field： 10在 Mesh Option 中，使用 Isotropic Mesh， Local Map 选项，并将 Max edge length for signal net 选择至 Auto： 11依照电脑硬件性能，设定软件模拟资源点击Solver > Simulation > Set up Computer Resources： 12一切准备就绪，现在可以开始进行模拟了，点击 Start Simulation，其图标为： 13模拟完成后，从 Project 窗口中展开 Results 标签，即可以开始检视模拟结果在 XY-Plot 按右键选择 XY Plot，查看 S参数： 143D 远场辐射增益场型图查看设定在 Results > FarField 鼠标右键选择 Far Field Plot，接着在 3D-Plot 右键点击 Add Plot ，在 Add 3D-Plot 窗口中选择 Gain > GainTotal > dB，按下 Create New plot 键后，双击 1/2.755GHz/Gain/GainTotal/dB，即可出现场形图：如欲将远场（Far Field）场型图结合模拟Model 一同显示，可点击图标：在显示的3D Farfield Options 窗口中，勾选 Display Model Geometry 后按OK：结语以上为如何使用 Clarity 3D Workbench 设置Patch天线模型并且进行频域分析模拟的操作说明。其模拟结果不仅能呈现 Patch天线的回波损耗（Return Loss）以及 3D 远场辐射增益场型图（ 3D Far Field Radiation Gain Pattern），其他常用业界报告的 2D 辐射场型图（2D Radiation pattern plot ）、近场电流分布等等指标亦都能在Clarity 3D Workbench 中轻松设定。来源：Cadence楷登