西门子EDA揭秘PCB设计复杂性。这远超你想象！

随着异构多芯片设计日益普及，业界对先进分析的关注自然转向了这一领域。尽管克服这些挑战至关重要，但我们不应忽视完整系统的构建方式。短距离和长距离通信通道、系统级电源管理以及至关重要的印制电路板（PCB），仍然是每个复杂系统的基本组成部分。西门子数字工业软件（Siemens Digital Industries Software）对系统设计秉持着广泛而全面的视角，近期发布的一份白皮书充分展现了这种观点。这份名为《走线有多长？》（How long is that trace?）的白皮书，阐释了PCB分析的复杂性以及确保其准确性的重要意义。对于从事复杂系统交付的专业人士而言，这份白皮书提供了确保项目成功的关键信息。

新媒网跨境获悉，西门子EDA在白皮书中深入剖析了PCB设计的诸多复杂环节，旨在帮助工程师更好地应对挑战。

精确性之道：信号分析的深层考量

在PCB设计中，测量和匹配复杂信号走线的传播延迟对于系统性能而言至关重要，但实现起来却极具挑战。白皮书指出，为了使两条走线的信号传播时间相匹配，PCB设计者通常会将这两条走线的长度精确到千分之几英寸（mil）。然而，白皮书强调，这仅仅是一个初步的起点，因为还有其他因素会影响信号的延迟。

白皮书详细讨论了高频信号和过孔（vias）对传播延迟的具体影响。它阐述了如何利用相位角来计算走线延迟。文章提出了一个引人深思的问题：由于不同频率的信号传播速度不同，这种速度差异如何影响并非正弦波的数字信号？为了回答这个问题，白皮书运用了傅里叶分析，揭示了包含高频分量的数字信号是如何受到互连线影响的。它还探讨了信号中涉及的各次谐波频率范围内的幅度与相位关系。下方图片展示了分析数字信号构成的一个示例。这表明，要真正实现信号的精确分析，其复杂程度远超多数人想象。正如新媒网跨境所观察到的，深入理解信号构成是确保PCB性能的关键。

精确性之道：过孔设计的关键影响

除了信号走线分析，白皮书还重点探讨了过孔设计对信号边缘速率（edge rate）乃至走线延迟的影响。文章解释了一个与此问题相关的关键点：如果过孔能够均匀地传输信号的所有频率，那么它们的影响将不会如此显著。然而，过孔对某些频率的影响大于其他频率，因此，过孔的特性也会对信号延迟产生重要影响。

白皮书提供了大量详尽且高度相关的细节，阐述了过孔设计如何影响走线延迟。它对略有不同的过孔几何结构进行了深入分析，结果表明，过孔的几何形状可能对整体走线延迟，进而对整个系统性能产生显著且非直观的影响。同样，频率分析和谐波在寻找正确解决方案方面也发挥着重要作用。此外，白皮书还审视了各种过孔回流路径的影响。这些细节的呈现，足以引起业界工程师的充分关注。

深入学习：全面分析的必要性

在阅读这份白皮书之后，业界人士会认识到，铜线长度并非唯一影响PCB走线性能的因素。文章指出，过孔由于其跨度而固有地存在延迟，但其他特性也会增加信号的延迟和失真。其核心在于，信号从驱动端上升到切换阈值所需的时间，到在接收端跨越切换阈值所需的时间，这被称为“边缘速率”，它才是关键所在。白皮书指出，信号边缘由一个基频正弦波和多个高频谐波组成，所有这些分量都必须具有一定的幅度和相位，才能准确重现原始信号。因此，当需要了解最终性能时，使用仿真器是最佳途径。

要进一步了解这种重要的系统级分析和优化过程，读者可以通过西门子数字工业软件官网下载这份白皮书。新媒网跨境认为，这份白皮书为行业提供了宝贵的参考，有助于业界更深入地理解PCB设计的复杂性。

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本文来源：新媒网 https://nmedialink.com/posts/siemens-eda-pcb-design-complexity-revealed.html