今天來聊聊Dassault Systèmes達梭系統提供的高科技電子設計分析解決方案。 現代的電子裝置內部，有大量的高速資料(data shuttles)在進行傳輸。這構成了許多設計上的挑戰：我們是否給予產品內部元件有足夠的驅動電能？當訊號流經PCB時，其訊號完整性(SI)如何？產品能否通過EMC規範？(圖1) 圖1 我們是否給予了產品中元件足夠的驅動電能？ 首先要釐清PCB是否已經被正確地設計，並能夠傳輸足夠的電能。CST Studio Suite的PCB設計規則檢查工具，可以根據定義後的設計規範幫助找出PCB上不吻合、極可能不正確的設計(圖2)。 舉例來說，過窄的訊號路徑會產生較高的傳輸阻抗，進而導致較大的功率下降；透過PCB設計規則檢查工具找到該些線路路徑(圖3)。其後，可以在設計上把它們加寬，消除違反PCB設計規則的疑慮(圖4)，進而優化電氣特性。 圖2 圖3 圖4 同樣延伸自產品的電源特性議題，為了確認目前開發的產品是否在所有頻率下都符合目標阻抗要求。使用者可以使用CST Studio Suite進行電源完整性(Power Integrity, PI)分析。 當發現在特定頻率之下，模擬結果不如預期且不符合目標阻抗時(圖5)，別擔心，使用者可以搭配去耦合電容分析工具，進行阻抗結果的最佳化，甚至連設計成本都可以被考慮進去(圖6)。 圖5 圖6 在高速訊號領域，使用者非常關心3D模擬的解決方案。CST Studio Suite可以把EDA檔案轉換成3D模擬介面及環境(圖7)，讓工程師可以方便地進行3D模擬。 在3D模擬中，關乎模擬的時長與網格精確度，是非常重要的一個議題；CST Studio Suite提供了TLM(Transmission Line Matrix Method)的網格模擬技術，可以用較少的網格完成高精確度的模擬(圖8)，大幅減少了計算工時，幫助工程師爭取許多寶貴的時間。 圖7 圖8 當訊號流經PCB時，其完整性如何？ 材料損耗、色散（Dispersion）與串擾（CrossTalk）都將會影響訊號的完整性，導致較高的位元錯誤率（Bit Error Rate）；我們可以透過CST Studio Suite進行眼圖（Eye Diagram）分析（圖9），掌握當前PCB上訊號的平整與穩定度。 圖9 開發的產品能否通過EMC規範？ 當嘗試用實測的方式去評估異常的輻射，將是相對耗時、高成本的作法(圖10)。透過CST Studio Suite模擬，可以在3D模擬環境中設置許多探針(Probe)，並進行虛擬的輻射檢測(圖11)。 圖10 圖11 關於EMC中的耐受性分析(Susceptible)，CST Studio Suite可以很容易地模擬出，在有或無電磁屏蔽(Shield)設計時，兩者結果間的差異(圖12)。此外，靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)也是對PCB的線路與元件時常造成傷害關鍵問題。在CST Studio Suite讓我們可以透過表面電流來評估靜電放電對產品可能造成之影響(圖13)；而透過模擬分析來選擇或實施有效的解方來改善問題，也是能夠大幅降低開發成本的關鍵所在。 圖12 圖13 CST Studio Suite在電子領域中，應用範圍相當廣泛，無線充電(Wireless Charge)、壓電觸控感應器(Haptic Actuator)也都是現代高科技產品中大量被運用的技術，而CST Studio Suite電磁模擬軟體都能夠進行精準的分析。 綜觀全文，開發設計一個符合時代的新興電子產品，完全可以依照前述思維逐步被分析、優化，最終量產到消費者手中。CST Studio Suite在研發過程中不僅扮演舉足輕重的角色，也能夠為開發工程師或者研究單位帶來巨大效益。 關鍵字：SI(訊號完整性)、PI(電源完整性)、EMC(電磁相容)、PCB設計、靜電放電(ESD)