【導讀】先xian進jin電dian子zi產chan品pin的de仿fang真zhen驅qu動dong型xing設she計ji涉she及ji哪na些xie流liu程cheng？電dian子zi產chan品pin的de複fu雜za程cheng度du遠yuan遠yuan超chao過guo電dian路lu，這zhe意yi味wei著zhe必bi須xu在zai多duo個ge層ceng麵mian上shang進jin行xing仿fang真zhen驅qu動dong的de設she計ji，才cai能neng更geng好hao地di了le解jie產chan品pin的de運yun行xing是shi否fou可ke靠kao。通tong過guo仿fang真zhen，設she計ji人ren員yuan能neng夠gou從cong多duo個ge層ceng麵mian審shen查zha係xi統tong，同tong時shi隻zhi關guan注zhu某mou些xie性xing能neng方fang麵mian。采cai用yong針zhen對dui特te定ding領ling域yu的de方fang法fa，可ke以yi關guan注zhu原yuan型xing驗yan證zheng和he測ce試shi過guo程cheng中zhong無wu法fa觸chu及ji的de特te定ding性xing能neng特te征zheng和he設she計ji因yin素su。

yixieguangweirenzhidejishuhedashouhuanyingdechanpinshiruhedanshengde？dangran

，zaiciguochengzhongyaokefuyingjianheruanjianfangmiandegongchengtiaozhan，erfangzhenshishejichengxingzhiqianhezhihoudezhongyaogongju
，yongyuquebaoshejizhiliangfuheyaoqiu。fangzhenqudongxingshejiliuchengdemudeshizaishejiqianduanliyongfangzhengongneng，quebaoxinshejinenggouzhengchangyunxing。

先xian進jin電dian子zi產chan品pin的de仿fang真zhen驅qu動dong型xing設she計ji涉she及ji哪na些xie流liu程cheng？電dian子zi產chan品pin的de複fu雜za程cheng度du遠yuan遠yuan超chao過guo電dian路lu，這zhe意yi味wei著zhe必bi須xu在zai多duo個ge層ceng麵mian上shang進jin行xing仿fang真zhen驅qu動dong的de設she計ji，才cai能neng更geng好hao地di了le解jie產chan品pin的de運yun行xing是shi否fou可ke靠kao。通tong過guo仿fang真zhen
，設she計ji人ren員yuan能neng夠gou從cong多duo個ge層ceng麵mian審shen查zha係xi統tong，同tong時shi隻zhi關guan注zhu某mou些xie性xing能neng方fang麵mian。采cai用yong針zhen對dui特te定ding領ling域yu的de方fang法fa，可ke以yi關guan注zhu原yuan型xing驗yan證zheng和he測ce試shi過guo程cheng中zhong無wu法fa觸chu及ji的de特te定ding性xing能neng特te征zheng和he設she計ji因yin素su。

企業的仿真驅動型設計流程

fangzhenqudongxingshejihegongchengshijishangfeichangpubian，shikaifaxuduofuzaxitongbukehuoquedeyigehuanjie。fangzhenqudongxingshejiyouxuduomubiao
，danzuizhongyaodemubiaozhiyishizaipiliangshengchanqian，yanzhengxinshejijiqiyuqiyuanxingdezhiliangshifoufuheyaoqiu。ruguoshengquzhizaoyuanxingzheyibu，jiukeyijieyuechengben

，jiakuaichanpinshangshi。bushufangzhenhefenxiruanjianxuyaoyuxiantouruzijin，danzhezhongtouzidehuibaofeichangkeguan
，nenggoutishengqiyedejingzhengli，jieyuechengben。

仿真的對象

下xia麵mian我wo們men看kan一yi看kan電dian子zi產chan品pin仿fang真zhen和he分fen析xi的de具ju體ti應ying用yong領ling域yu有you哪na些xie。如ru今jin，許xu多duo公gong司si都dou在zai係xi統tong層ceng麵mian開kai展zhan業ye務wu，其qi開kai發fa活huo動dong涵han蓋gai從cong芯xin片pian到dao整zheng個ge組zu件jian和he係xi統tong在zai內nei的de各ge個ge方fang麵mian。下xia文wen列lie出chu的de仿fang真zhen活huo動dong涉she及ji產chan品pin的de各ge個ge層ceng麵mian——從單個芯片/封裝到整個組裝。

在zai進jin行xing仿fang真zhen驅qu動dong型xing設she計ji時shi，需xu要yao使shi用yong數shu值zhi求qiu解jie器qi對dui上shang述shu各ge個ge方fang麵mian進jin行xing檢jian查zha。通tong常chang在zai設she計ji階jie段duan的de不bu同tong時shi間jian點dian分fen別bie處chu理li上shang述shu問wen題ti，但dan也ye可ke以yi通tong過guo“仿真-分析-設計-重複”這一迭代流程進行處理，具體步驟如下。

仿真-分析-設計-重複

fangzhenqudongxingshejishiyigediedaiguocheng
，yinweitongchangqingkuangxia，pingguhuoyanjiushejishishiyandeyibufen。youshiwomenwufalejietedingdianluhuozujianzaishijishiyongshideyunxingzhuangkuang
，yincifangzhenjiuchenglediedaiyouhuabufenshejibingdadaoxingnengmubiaodeweiyifangfa。fangzhenqudongxingshejizhongdeyouhuagainianshizhenggeliuchengdehexin。

仿(fang)真(zhen)驅(qu)動(dong)型(xing)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)概(gai)述(shu)如(ru)下(xia)。首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)在(zai)數(shu)值(zhi)求(qiu)解(jie)器(qi)中(zhong)進(jin)行(xing)鑒(jian)定(ding)和(he)評(ping)估(gu)設(she)計(ji)成(cheng)品(pin)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，在(zai)仿(fang)真(zhen)中(zhong)需(xu)要(yao)檢(jian)查(zha)和(he)鑒(jian)定(ding)一(yi)些(xie)性(xing)能(neng)目(mu)標(biao)
，依(yi)據(ju)是(shi)一(yi)些(xie)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)。此(ci)時(shi)，通(tong)常(chang)可(ke)以(yi)參(can)考(kao)在(zai)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)初(chu)期(qi)收(shou)集(ji)的(de)工(gong)程(cheng)需(xu)求(qiu)
，以(yi)描(miao)述(shu)性(xing)能(neng)目(mu)標(biao)並(bing)作(zuo)為(wei)比(bi)較(jiao)的(de)基(ji)礎(chu)。

仿真驅動型設計流程依托一個簡單的迭代概念，我們將在下文進行探討。也許 RF 工(gong)程(cheng)師(shi)和(he)高(gao)速(su)設(she)計(ji)數(shu)字(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)最(zui)熟(shu)悉(xi)這(zhe)一(yi)流(liu)程(cheng)，但(dan)這(zhe)一(yi)理(li)念(nian)同(tong)樣(yang)適(shi)用(yong)於(yu)係(xi)統(tong)層(ceng)麵(mian)的(de)設(she)計(ji)。該(gai)流(liu)程(cheng)適(shi)用(yong)於(yu)上(shang)表(biao)中(zhong)的(de)每(mei)個(ge)方(fang)麵(mian)，可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)我(wo)們(men)更(geng)好(hao)地(di)了(le)解(jie)係(xi)統(tong)行(xing)為(wei)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。最(zui)終(zhong)
，通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)迭(die)代(dai)過(guo)程(cheng)，係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)找(zhao)到(dao)兼(jian)顧(gu)性(xing)能(neng)
、成本、可靠性和可製造性的最佳設計。

邏輯和原理圖

對於電子係統來說，原理圖是仿真驅動型設計的起點。原理圖是創建電路的藍圖，隨後將原理圖應用於 PCB 或組裝中，進行元件擺放和設計物理 layout。原理圖顯示了最終組裝中的電氣連接，非常適合專門針對邏輯執行仿真驅動型設計流程。

在係統層麵

，原理圖中使用的主要仿真類型包括：

• 電路（通常為模擬電路）的 SPICE 仿真
• 複雜數字電路的邏輯仿真
• 使用 IBIS 模型進行信號完整性仿真
• 使用網絡參數（通常為 S 參數）進行信號完整性仿真

使用 SPICE 或 IBIS 建jian模mo進jin行xing的de原yuan理li圖tu仿fang真zhen屬shu於yu電dian氣qi仿fang真zhen，因yin此ci需xu要yao使shi用yong電dian氣qi模mo型xing來lai更geng好hao地di了le解jie某mou些xie器qi件jian在zai規gui模mo更geng大da的de係xi統tong中zhong的de運yun行xing情qing況kuang。這zhe是shi前qian端duan設she計ji和he工gong程cheng設she計ji中zhong的de重zhong要yao一yi環huan，將jiang為wei係xi統tong設she計ji人ren員yuan提ti供gong所suo需xu的de S 參數模型
，用於仿真係統中使用的重要器件的行為。

以yi下xia麵mian的de仿fang真zhen項xiang目mu為wei例li。要yao想xiang在zai係xi統tong層ceng麵mian運yun行xing
，意yi味wei著zhe每mei個ge器qi件jian都dou對dui應ying一yi個ge電dian氣qi模mo型xing，用yong於yu描miao述shu信xin號hao傳chuan播bo。實shi際ji上shang，這zhe些xie模mo型xing將jiang輸shu入ru映ying射she到dao輸shu出chu。

在 Cadence AWR 平台中沿互連進行的係統級相位噪聲仿真。

前端仿真中的電氣模型必須通過器件級仿真或直接測量來確定。對於許多 RF 器件（放大器、濾波器等）
，其電氣模型由元件供應商提供，也可以使用某些測試設備進行測量。

PCB 仿真

可以采用多種方法對 PCB 進行仿真以評估其性能和/或可靠性。在不同的環境中需要部署不同的器件，PCB 上每個子係統的性能或可靠性需求也許不需要單獨進行深層次的評估。在 PCB 上，需要從三個主要方麵入手，以評估仿真的電氣性能：

• 設計中的特定子係統是否能滿足運行需求
• Layout 中的電氣性能是否偏離邏輯仿真結果，偏離程度如何
• 確定 Layout 的哪些部分需要進行更詳細的仿真以了解其行為

由於 PCB layout 非fei常chang複fu雜za
，需xu要yao使shi用yong數shu值zhi場chang求qiu解jie器qi對dui這zhe些xie係xi統tong進jin行xing仿fang真zhen。利li用yong場chang求qiu解jie器qi
，可ke以yi在zai附fu近jin存cun在zai一yi組zu複fu雜za器qi件jian的de情qing況kuang下xia對dui設she計ji中zhong的de信xin號hao行xing為wei進jin行xing建jian模mo。由you於yu存cun在zai器qi件jian
、其他導體
、特定材料和組裝中的其他物理對象
，PCB layout 中的信號行為將偏離原理圖中仿真的理想行為。

在仿真驅動型設計中，可以將 PCB 劃hua分fen為wei幾ji個ge特te定ding的de部bu分fen，分fen別bie進jin行xing仿fang真zhen
，這zhe種zhong做zuo法fa非fei常chang有you用yong，並bing且qie更geng有you針zhen對dui性xing，可ke以yi對dui特te定ding的de設she計ji選xuan擇ze進jin行xing評ping估gu和he鑒jian定ding。通tong常chang，需xu要yao進jin行xing仿fang真zhen的de特te定ding子zi係xi統tong包bao括kuo電dian源yuan分fen配pei網wang絡luo (PDN)、高速通道和連接器接口、天線等 RF 器件以及用於驗證損耗/阻抗的傳輸線設計。

芯片和封裝

除 PCB 外(wai)
，係(xi)統(tong)分(fen)析(xi)中(zhong)還(hai)經(jing)常(chang)需(xu)要(yao)對(dui)一(yi)些(xie)單(dan)個(ge)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)。同(tong)樣(yang)，也(ye)要(yao)對(dui)半(ban)導(dao)體(ti)及(ji)其(qi)封(feng)裝(zhuang)進(jin)行(xing)電(dian)熱(re)評(ping)估(gu)。通(tong)常(chang)在(zai)簽(qian)核(he)前(qian)的(de)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)對(dui)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)和(he)分(fen)析(xi)。對(dui)於(yu)（SoC/模塊的）封裝和相關器件在 PCB 中的擺放位置
，也需要進行信號完整性、熱行為和機械行為仿真。

器件及其封裝的熱仿真結果示例。

那麼，對於 PCB 中的芯片/封裝，該如何進行熱仿真
？PCB 是一個電氣係統，而所有電氣係統都會產生一些熱量，因此不能孤立地分析 PCB 的熱特性。相反，在設計中必須考慮熱特性和電氣特性之間的相互作用。

daduoshurefenxichangjuxianzaijixiehuoxitongcengmianjinxing，nanyizhunquefangzhendianziyingxianghuofaxianqianzaiwenti，daozhituanduikuyuwanqishejixiugaiyudiedai，yingxiangxiangmushicheng。

組裝層麵的仿真

在zai設she計ji階jie段duan結jie束shu時shi進jin行xing組zu裝zhuang級ji仿fang真zhen
，此ci時shi整zheng個ge組zu裝zhuang設she計ji已yi經jing完wan成cheng，可ke以yi進jin行xing全quan麵mian評ping估gu。此ci類lei仿fang真zhen通tong常chang圍wei繞rao可ke靠kao性xing和he熱re行xing為wei進jin行xing，也ye可ke能neng涉she及ji EMI/RF 規範。具體項目總結於下表中。

在(zai)仿(fang)真(zhen)驅(qu)動(dong)型(xing)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)的(de)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，除(chu)非(fei)出(chu)現(xian)災(zai)難(nan)性(xing)故(gu)障(zhang)，否(fou)則(ze)通(tong)常(chang)不(bu)會(hui)對(dui)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)。例(li)如(ru)，熱(re)衝(chong)擊(ji)或(huo)機(ji)械(xie)衝(chong)擊(ji)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)特(te)定(ding)器(qi)件(jian)失(shi)效(xiao)（如焊球斷裂）
，這也是導致設計變更的原因之一。在這種情況下，可以將失效器件換成其他封裝。

與重新設計整個 PCB xiangbi，caiyonglingwaiyixiecelvekenenggengweiheshi
，ruzuzhuangjihuowaikejishejibiangeng。zheyangzuokeyijiangdichengben，huozhekeyisuoduanjiuzhengkekaoxingwentisuoxudezhongxinshejishijian。liru
，dangfaxianlengquecuoshibuchongfenshi，keyigenggaijixiangsheji
，shijixiangneiyougengduodeqiliuhuozengjiarechuandi。zaizhezhongqingkuangxia
，dui PCB 或器件本身進行基於可靠性的設計變更成本太高。

可以通過 CFD 仿真來追蹤整個機箱內的氣流
，並預測組裝內的平衡溫度。

youyuzhexiefangzhenkenengfeichangfuza，xuyaojiezhuyitaodexinyingshoudefangzhengongju。zhexiexitongtongchangzuoweiduowulichangwentijinxingfangzhen
，yibianlejiebutonglingyudewulixingweizhijiandeouhe。suiranzhexiegongjukenenghenfuza
，dan EDA 供應商生態係統可以幫助用戶在設計工具和仿真器之間快速切換
，從而實現理想的仿真驅動型設計流程。

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