中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室

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1 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室
电路仿真专题（2） ——PCB仿真 主讲人：封常青 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室 2017年11月16日 广西南宁 第一届粒子探测技术基础与前沿讲习班

2 电子学的两种思维方式： “场”与“路” 为什么人们习惯用“电路”这个词？ 何谓电“路”，何谓电“场”？
例如：《模拟电路》、《数字电路》、《电路分析》等课程名称 何谓电“路”，何谓电“场”？ 路：基尔霍夫定律 场：麦克斯韦方程 “路”的分析方法是麦克斯韦方程在低频、小尺度下的近似

3 电磁场仿真 引入时域有限差分（FDTD），离散麦克斯韦方程，迭代计算
差分网格 引入时域有限差分（FDTD），离散麦克斯韦方程，迭代计算 结合PCB结构和电磁特性，提取板级高速互联的网络参数，分析高速电路中的信号完整性

4 ANSYS介绍 ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析（FEA）软件，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块 ANSYS Electromagnetics是电磁场仿真软件包 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。

5 ANSYS Electromagnetics的常用组件
ANSYS SIwave ANSYS Electronics Desktop ANSYS SIwave ANSYS Electronics Desktop

6 ANSYS Electronics Desktop的常用功能
ANSYS SIwave的常用功能 SYZ参数仿真 PCB走线阻抗仿真 内电层谐振仿真 ANSYS Electronics Desktop的常用功能 瞬态仿真

7 第1步：用Cadence画原理图和PCB Orcad Capture CIS画原理图 Allegro PCB Editor画PCB
注：每根阳极条的线宽0.5mm，中心距1.5mm 两端各用10M欧电阻接地 顶层的阳极条距紧邻的GND层为0.2mm

8 第2步：打开ANSYS SIwave

9 第3步：将.brd文件导入SIwave中 实际情况下，还需设置PCB叠层参数 (点击HOME - Layer Stack-up Editor图标)

10 第4步：添加端口 点击CIRCUIT ELEMENTS-Add Port

11 第4步：添加端口 （示例：Trace1的两个端口）
设定第一个port的正负极所在的层 设定该port名字及归一化阻值 重复上述操作，为最上方走线（Trace1）添加第2个端口

12 第5步：SYZ参数仿真 第5.1步：点击 SIMULATION-Compute SYZ Parameters 按钮

13 第5步：SYZ参数仿真 第5.2步：设定起止频率和作图点数, 点击Launch

14 第5步：SYZ参数仿真 第5.3步：设定起止频率和作图点数, 点击Launch

15 第5步：SYZ参数仿真 第5.4步：在Result中查看仿真结果 可设置作图效果 右图Z参数给出的是各阳极条的阻抗参数

16 第6步：串扰仿真 第6.1步：为更多阳极条添加端口

17 第6步：串扰仿真 第6.2步：按照前述步骤，执行SYZ参数仿真（提取电路模型）

18 第6步：串扰仿真 第6.3步：打开ANSYS Electronics Desktop组件，导入siw文件 Ctrl-E Ctrl-F

19 第6步：串扰仿真 第6.4步：导入成功，得到电路模型

20 第6步：串扰仿真 第6.5步：在右边的Component Libraries窗口中选择 I_Pulse
双击I_PULSE图标，设置参数为V1=0,V2=1uA，PW=20ns, TR=10ns, TF=30ns

21 第6步：串扰仿真 第6.6步：添加GND

22 第6步：串扰仿真 第6.7步：从右侧Component Libraries中添加端接电阻、探针等，并连线

23 第6步：串扰仿真 第6.8步：瞬态仿真设置 在弹出的窗口中设置仿真的起止时间和精度

24 第6步：串扰仿真 第6.9步：启动仿真 直接按快捷键F10，或在Analysis中鼠标右键选择“Analyze”

25 第6步：串扰仿真 第6.10步：查看仿真结果(以查看瞬态波形为例)

26 第6步：串扰仿真 第6.11步：在弹出的窗口中选择要输出电压波形的网络，逐个选择并点击“New Report”

27 第6步：串扰仿真 第6.12步：在弹出的窗口中选择要输出电压波形的网络，逐个选择并点击“New Report”。生成的结果（波形）会罗列在“Results”中。

28 第6步：串扰仿真 第6.13步：观察仿真结果。 Trace1电流峰值：-1uA
Trace2 串扰电流峰值：-0.23nA (串扰系数0.023%)

29 谢谢大家！ 感谢本人所在实验室的学生胡佳栋、王志昂在课件准备过程中提供的协助！
声明：本课程所涉及的电路方案及仿真参数设置仅用于教学演示，以方便大家掌握工具使用为原则，并未全面考虑具体应用需求，请勿直接照搬用于实际工程。