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小白必看 | 如何零基礎入門ANSYS仿真

2022-03-28

因為工作原因，經(jīng)常碰到各種原因需要利用ANSYS仿真，但不知從何入手的新人。根據(jù)自己的經(jīng)驗，總結了一些較為實際的快速入門方法與注意事項。1 學習目標與路徑帶著問題學習，雖然看起來很功利，但是對于學習往往也是很實用有效的辦法。對于仿真學習，首要是解決XX工程問題。?ANSYS各模塊涉及結構、流體、電磁、光學、系統(tǒng)邏輯等多種學科仿真，可應用于機械、建筑、環(huán)保等各種行業(yè)。完全學會各種模塊的操作及其各種可涉及的仿真是不現(xiàn)實的，也沒有必要。即使一個具體的模塊（例如Fluent），也很難憑借一己之力完全學會每個功能與操作。學習仿真，一步到位的立刻精通是不現(xiàn)實的。不可能看幾本書，做幾個練習案例，或者找?guī)讉€大牛指點下，就能立刻從完全毫無頭緒到和實驗數(shù)據(jù)一致。這中間需要努力探索與嘗試，循序漸進，從能夠做出看起來合理的結果，逐步成長到做出精確的結果。2 理論知識學習雖然現(xiàn)在軟件的操作已經(jīng)弱化了應用者對于理論知識的要求，但是了解理論很多時候還是必要的。如果之前缺乏背景知識，至少對于重要的概念、方程、物理模型等有必要掌握物理含義，了解應用范圍。例如做設備散熱仿真，至少三種傳熱方式（傳導、對流、輻射）能夠講出各自的重要特點，對材料熱傳導系數(shù)、固體表面換熱系數(shù)等常用概念要清楚其物理含義。當然，完全的抱著理論書去深入鉆研，至少入門階段是不必要的。很多時候軟件已經(jīng)把理論知識和最佳實踐總結固化為默認設置。完全按照默認設置，多數(shù)常規(guī)問題至少可以做出結果。帶著了解到的理論知識做仿真，可以加深理論知識的掌握，并發(fā)現(xiàn)自己理論知識待深入的方面。沒必要因為某些人在網(wǎng)上裝大神，說做仿真得這也要懂那也要會，然后一對比發(fā)現(xiàn)自己很多不會從而很焦慮。人腦有極限，不可能記得住更不可能搞得懂那么多。理論學習更重要的是把物理機理、概念等基礎的東西搞明白，理解仿真的物理過程。3 軟件操作學習軟件操作學習，核心在于貴精不貴多。初期入門要專注于幾個核心功能，首先保證能夠自己獨立操作解決問題，忌諱貪多求大，大量精力放在次要功能上。并且要在學習過程中能夠使過程變得流程化，從而提高效率。軟件版本選擇要跟上時代，用最新或者較新的版本，不要迷信所謂“版本經(jīng)典”、“老版本穩(wěn)定成熟”等說辭。版本更新所帶來的新功能、界面優(yōu)化、問題修復等，也是對用戶在使用老版本過程中提出的各類問題的響應。4 學習資料選擇現(xiàn)在的環(huán)境中，學習資料非常多。核心點在于不要碎片化學習，更不應該做資料收藏家。仿真的學習需要理論結合實際，系統(tǒng)化的由淺入深。4.1 軟件資料軟件相關的資料不僅有軟件幫助文檔、ANSYS學習中心（Learning Hub）教材等第一手資料，各類第三方資料同樣一大把。通常而言，軟件類資料主要分為以下幾類：介紹性資料。這類資料主要用于對軟件的宣傳介紹，可用于了解軟件的功能、行業(yè)內的應用等。純操作教程。這類資料主要是講解某個簡單案例的相關操作步驟。這類資料可以擇優(yōu)而存，跟著做幾次，用于了解軟件操作。系統(tǒng)化培訓資料。這類資料會系統(tǒng)化講述某類問題的仿真過程、操作步驟、注意事項等。這類資料強烈建議進行深入鉆研。4.2 理論資料理論資料，最主要是能夠通俗易懂解釋必備的知識點。書本教材主要用于入門之后，對設置背后的數(shù)學思想、求解方式等進行深入學習探究。書本教材的學習，最主要的應該是學習物理過程和數(shù)學思想。個人對于教材的優(yōu)先級排序：基礎理論知識>行業(yè)必備高級理論知識>數(shù)值算法知識很多理論教材的高級內容還是利用數(shù)學技巧求某些特定問題的解析解，根本不適合于現(xiàn)代數(shù)值計算的思路，更不建議進行學習。例如，學習利用Fluent做汽車空氣動力學仿真，理論知識學習可分為以下階段：對流場、空氣粘度、網(wǎng)格等基礎概念有所了解，至少照著教程做的時候知道相關設置的作用知道幾種常用的湍流數(shù)值計算方法各自的優(yōu)缺點與適用場景了解算法知識，并了解數(shù)值算法層面的重要因素的影響（離散格式、松弛因子、網(wǎng)格密度等）4.3 行業(yè)資料行業(yè)知識，可分為主要應用場景和行業(yè)標準兩類。應用場景的主要關注點，決定了仿真的需求。對于行業(yè)中仿真涉及較多的重要場景一定要深入了解其物理過程，理解仿真設置背后的原因。同時也要通過分析對比，比較不同仿真設置下的結果誤差。通常，應用場景層面的了解，可利用5W分析法進行分析：WHAT：發(fā)生了什么問題？WHO：這個問題涉及到哪些人？WHEN：這個問題發(fā)生在什么時候？WHERE：這個問題發(fā)生在什么地方？WHY：為什么要處理這個問題？不少行業(yè)針對特定應用場景，有行業(yè)標準對設計性能指標、實驗方法等進行詳細規(guī)定，更需要深入學習，做到仿真的設置有理有據(jù)。例如機械零件疲勞壽命，需要仿真的原因在于零件失效中有很高比例是長時間運行的材料疲勞導致，需要通過仿真提前了解疲勞極限和危險區(qū)域。nCode作為專業(yè)的疲勞仿真工具，內置多種疲勞仿真算法，可適用于不同類型的疲勞問題。針對具體的工程問題，需要根據(jù)實際情況選擇最合適的算法。對于重要零件的疲勞壽命，通常也有行業(yè)標準化實驗方法，需要學習掌握后，結合已有資料對實際產(chǎn)品的疲勞壽命進行仿真和誤差分析。4.4 學術資料在學習過程中，高水平的論文是一種非常推薦的資料，特別是和自身問題相關，且年代較近的論文更應該仔細閱讀，詳細了解背景、步驟、結果及其評判等。論文包括期刊雜志論文（小論文）和碩博畢業(yè)論文（大論文）。通常優(yōu)先推薦大論文，因為包含的細節(jié)、注意事項等更多更細，了解軟件操作后，基本上照著大論文中的步驟能夠做出來類似的結果。高水平期刊的新論文可以經(jīng)常性訂閱和關注，以了解行業(yè)動態(tài)和先進做法。對于總結類（review）論文，在入門階段可以多看看，了解相關問題的來龍去脈。5 總結仿真入門和提高沒有捷徑，多學習多實踐是唯一的硬道理。行業(yè)的專業(yè)英語詞匯一定要認真背誦掌握，非常有助于看各種資料。畢竟，英語還是如今的世界通用語言，也是各類專業(yè)技術領域第一語言。

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電子設計發(fā)展趨勢以及Altium Designer的應對

2022-03-25

自從第一顆晶體管問世到現(xiàn)在，七十多年來，電子設計改變了世界，并且這種改變還在加速。隨著生產(chǎn)和科學技術發(fā)展的需要，現(xiàn)在電子技術的應用已經(jīng)滲透到了人類生活和生產(chǎn)的各個方面。從家電的普及到日常生活隨處可見的各種電子產(chǎn)品，從手工作坊到自動化生產(chǎn)線，人們在日常生活中，工作中對電子產(chǎn)品的依賴日益提高。由于電子技術得到高度發(fā)展和廣泛應用(如空間電子技術、生物醫(yī)學電子技術、信息處理和遙感技術、微波應用等)，它對于社會生產(chǎn)力的發(fā)展，也起了變革性的推動作用。PCB板作為電子設備的重要部件，起著承載電子元器件以及電子元器件相互連接的作用。Altium Designer（以下簡稱AD）作為一款針對PCB設計的電子設計軟件能夠幫助工程師更輕松的完成整個設計。那么，AD在不斷的升級中是怎樣應對電子設計的發(fā)展趨勢？元器件的升級換代以及大量新型元器件推向市場一個電子設備需要用到很多的電子元器件，在電子設計不斷發(fā)展的情況下，電子元器件也在快速更新，不斷有大量的新型元器件上市。如何快速準確的創(chuàng)建這些元器件的原理圖符號和PCB封裝是完成一個PCB設計的基礎。在AD中可以運用Symbol Wizard和IPC Footprint Wizard這2個工具可以快速準確的進行原理圖符號和IPC標準PCB封裝的創(chuàng)建。Symbol WizardIPC Footprint Wizard除了元器件建庫工具，AD還有在線元器件庫，包含了世界上一些著名元器件廠商幾十萬個元器件模型，可以直接下載使用。大部分元器件都有完整的參數(shù)信息，器件手冊，以及供應鏈信息。產(chǎn)品快速迭代更新為了快速搶占市場，一家公司的新產(chǎn)品需要在最短的開發(fā)周期內完成設計。在AD中可以使用原理圖復用，層次化原理圖設計，以及片段截取等功能實現(xiàn)原理圖模塊化設計，從而提高設計效率，大大減少原理圖設計時間，縮短設計周期。原理圖復用及層次化設計Snippets片段截取PCB板上的元器件密度越來越高，設計復雜電子產(chǎn)品功能越來越強大，相對的PCB板上元器件的數(shù)量就越多，整個PCB板的布線就越復雜。AD全新的交互式布線支持避讓、推擠、繞行及任意角度等布線方式，使PCB布線更輕松，對空間利用更有效率。任意角度蛇形布線推擠功能差分對布線，總線布線，等長線以及Active Route智能自動布線、Xsignal高速拓補等功能完美解決了PCB布線中各個難點、痛點，提升PCB設計效率和布線的準確性。等長線調整差分布線總線布線Xsignal剛柔板結合設計在一些行業(yè)中出于可靠性和安全性的考慮，傳統(tǒng)的PCB剛性板和柔性板通過連接器連接的設計方法逐漸被淘汰，剛柔板結合的設計正在被廣泛應用。并且柔性PCB板比鋪銅電路板更輕、更省空間，可以折疊、彎曲、擠壓進非常小的空間，利于產(chǎn)品小型化。AD的剛柔板結合設計功能，完美的實現(xiàn)剛柔板結合設計，并且在3D模式下可以創(chuàng)作3D影像動畫，以豐富易懂的形式展示PCB的折疊過程。剛柔結合PCB板3D影像雙向機電協(xié)同精密設計制造行業(yè)中對機電協(xié)同的需求日益加強，機電協(xié)同即電子設計軟件與3D機械軟件交互數(shù)據(jù)，以此驗證并解決裝配問題。AD全面支持STEP格式，保障了數(shù)據(jù)的可交換性。可以在設計中同步連接結構的STEP模型，也可以根據(jù)結構的3D模型定義PCB形狀。通過Altium MCAD CoDesigner插件，直接與Autodesk Inventor，SOLIDWORKS以及PTC Creo等機械設計工具集成，與機械團隊合作并共享設計修訂，大大減少中間環(huán)節(jié)。機電協(xié)同設計總結工欲善其事，必先利其器。先進的電子產(chǎn)品設計離不開一款功能強大的電子設計工具。電子設計的工程師需要設計工具來幫助他們最大限度的利用先進科技，成功管理項目，交付互聯(lián)的智能產(chǎn)品。Altium Designer作為一款電子設計工具正隨著科技的發(fā)展不斷升級，加強，成為工程師所需要的工具。其一體化的電子設計環(huán)境，在單一應用程序中即可完成全部產(chǎn)品研發(fā)，使PCB設計者、元件供應商和制造廠商能夠以前所未有的速度和效率開發(fā)和制造電子產(chǎn)品。從設計生態(tài)環(huán)境的層面來管理項目，實現(xiàn)智能、互聯(lián)的產(chǎn)品設計。

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基于 Ansys workbench 的卡扣插拔力仿真分析

2022-03-24

內容大綱：概述卡扣仿真分析的難點卡扣插入力仿真的分析方法傳統(tǒng)靜力學分析帶約束方程的靜力學分析具有非線性穩(wěn)定性的靜力學分析低速動力學分析卡扣拔出力仿真的分析方法傳統(tǒng)靜力學分析顯式動力學分析結論概述卡扣是一種簡單、快速且具有成本效益的方法，可以組裝兩個零件，尤其是塑料零件?？叟浜咸峁┝硕啻谓M裝和拆卸的靈活性，而不會對組裝產(chǎn)生任何不利影響。然而，這需要該連接元件的適當設計。設計手冊通常提供良好的設計程序，但隨著設計變得越來越復雜，用有限元分析模擬卡扣插拔過程成為未來發(fā)展趨勢。本文針對卡扣與卡槽配合面的不同幾何形狀，通過采用Ansys workbench不同的仿真分析方法，有效的解決了卡扣插拔力仿真分析的問題。塑料卡扣的結構卡扣仿真分析的難點卡扣是一種簡單、快速且具有成本效益的方法，可以組裝兩個零件，尤其是塑料零件?？叟浜咸峁┝硕啻谓M裝和拆卸的靈活性，而不會對組裝產(chǎn)生任何不利影響。然而，這需要該連接元件的適當設計。設計手冊通常提供良好的設計流程，但隨著設計變得越來越復雜，有限元分析正成為模擬這些特征的一種有效方法。做卡扣插拔力仿真分析時時面臨的一些主要難點是：非線性摩擦接觸最大偏轉后的不穩(wěn)定相位材料非線性大變形非線性在下一節(jié)中，在解決上述挑戰(zhàn)的同時，對卡扣分析進行建模的不同方法?？鄄灏畏抡婵鄄迦肓Ψ抡娴姆治龇椒? 傳統(tǒng)的靜力學分析方法1：傳統(tǒng)的靜力學分析傳統(tǒng)的靜力學分析設置包括具有大變形效應的非線性接觸的定義。用戶可以選擇包括材料非線性。任何卡扣插入過程都有兩個階段：母端張開。公端在空腔或凹陷中咬合。第 1 階段很容易設置和分析，因為問題已經(jīng)準備好了并且沒有不穩(wěn)定性。在許多情況下，階段 2 會產(chǎn)生收斂問題，特別是對于圖 3所示的情況。在這種情況下，不是逐漸傾斜的倒角，而是深度的突然變化，導致存儲的應變能突然釋放。技巧和竅門：如果會合部分具有逐漸傾斜的坡度，則可以使用這種方法。零件之間使用正確的摩擦系數(shù)，使運動有一定的阻力，不會突然運動。在移動部件上使用位移控制加載而不是力加載。使用代表兩個階段的兩個載荷步。第1階段更容易收斂，因此可以定義更大的子步驟。然而，需要為階段 2 載荷步定義大量子步。從線彈性材料開始。然而，如果應力進入塑性或非線性區(qū)域，那么選擇非線性模型將有助于收斂。方法1：問題描述目標：對零件進行卡扣模擬模擬，如下圖所示。需要考慮的要點：會合部分具有漸變斜率，因此在這種情況下可以使用傳統(tǒng)的靜力學分析。由于坡度逐漸增大，拉出試驗模擬也得到了解決。位移控制裝載用于展開和拉出箱?？紤]線性材料。零件之間采用摩擦接觸。方法1：模型建立方法1：分析結果卡扣插入力仿真的分析方法2 帶約束方程的靜力學分析方法2：帶約束方程的靜力學分析之前的的方法1主要適用于在下降側有倒角的情況，但是當沒有這種傾斜坡度時，在階段 1 和階段 2 的開始階段會有一段非常低的剛度，這會導致收斂問題。非線性接觸也會導致收斂困難。這通常發(fā)生在兩個接合部件的材料非常堅硬，因此部件之間的接觸力非常高導致收斂困難問題時。這種情況可以使用約束方程來處理。技巧和竅門：1.卡扣配合過程是一個很好的例子，其中在 x 方向的位移量（圖 6）和在“Y”方向發(fā)生的“推”量之間存在定義的關系。2.如果已知這種關系，則可以使用“約束方程”。這將有助于解決由此引起的滑動接觸和收斂問題。3.優(yōu)點：這可以預測零件中的正確應力分布。4.缺點：如果插入力分布是感興趣的，那么這將給出不正確的結果，因為沒有考慮摩擦接觸效應。方法2：問題描述目標：使用方法 2 對零件進行卡扣插入模擬，如下圖所示。需要考慮的要點：會合部分沒有傾斜坡度，因此在這種情況下不能使用傳統(tǒng)的靜力學分析。在這種情況下使用約束方程方法。使用位移控制加載?？紤]線性材料。零件之間采用摩擦接觸。方法2：模型建立定義了三個遠程點，然后使用約束方程將它們連接起來，以模擬卡扣插入彎曲的過程。約束方程：該模型在代表卡扣插入過程的兩個階段的兩個載荷步中求解。在第二步中，使用命令片段刪除約束方程以表示第二階段的“插入”現(xiàn)象。方法2：分析結果卡扣插入力仿真的分析方法3 具有非線性穩(wěn)定性的靜力學分析方法3：具有非線性穩(wěn)定性的靜力學分析卡扣插入過程的第 2 階段可能具有不穩(wěn)定性，尤其是當下降側沒有過渡圓角時。解決這種不穩(wěn)定性的另一種方法是使用“非線性穩(wěn)定”功能。ANSYS 中的非線性穩(wěn)定可以被認為是向系統(tǒng)中的所有節(jié)點添加人工阻尼器。在臨界載荷之前，系統(tǒng)在給定的時間步長內可能具有低位移——這可以被認為是低偽速度，因此來自人工阻尼器的阻力較小。當發(fā)生不穩(wěn)定性時，在較小的時間步長內會發(fā)生較大的位移，從而產(chǎn)生較大的偽速度和較大的阻力。因此，極限點處的剛度矩陣不是奇異的。路徑 OACD 是可追溯的。?技巧和竅門：非線性穩(wěn)定適用于以下情況：下降側沒有傾斜坡度的卡扣。需要準確預測插入力分布。能量法（Energy）是此類情況的首選。在移動部件上使用位移控制加載而不是力加載。使用代表兩個階段的兩個載荷步。第1階段更容易收斂，因此可以定義更大的子步驟。然而，需要為階段 2 載荷步定義大量子步。僅在第二步中定義非線性穩(wěn)定。從“能量耗散比”(EDR) 的默認值開始，并以 10 倍的系數(shù)逐漸增加。使用手動重啟控制在每個載荷步結束時保存重啟點。這將有助于在第一步（階段 1）結束時使用不同的 EDR 值重新開始分析，從而節(jié)省時間。檢查穩(wěn)定能與應變能，以確保它是它的一小部分。方法3：問題描述目標：使用方法 3 對零件進行卡扣模擬仿真，如下圖所示。需要考慮的要點：會合部分沒有傾斜坡度，因此在這種情況下不能使用傳統(tǒng)的靜力學分析。在這種情況下使用非線性穩(wěn)定方法。使用位移控制加載。考慮線性材料。零件之間采用摩擦接觸。方法3：模型建立方法3：分析設置非線性穩(wěn)定在第二步中被激活，如下圖所示：方法3：分析結果卡扣插入力仿真的分析方法4 低速動力學分析方法4：低速動力學分析將卡扣插入過程作為動態(tài)分析解決有助于克服過程階段的不穩(wěn)定性。因此結構響應可以在最大彎曲點之后求解，因為慣性項的包含不再使矩陣奇異。技巧和竅門當非線性穩(wěn)定方法導致高穩(wěn)定能量/力時，通常選擇此選項。使用代表兩個階段的兩個載荷步。第1階段更容易收斂，因此可以定義更大的子步驟。然而，需要為階段 2 載荷步定義大量子步。在第1步中關閉“時間積分”。這有助于將分析作為第1步的靜力學分析求解，從而更快地求解。開啟第2步。定義全局阻尼比并進行迭代，這有助于獲得解決方案。然而，有時默認的慢動力學程序有時可能需要非常高的阻尼，以便將結果與導致錯誤結果的非常大的突然位移收斂。因此，為了克服這個問題，阻尼器只能應用在發(fā)生較大位移的表面上，從而僅在小面積上產(chǎn)生阻力。方法4：問題描述目標：使用方法 4 對零件進行卡扣插入仿真，如下圖所示。需要考慮的要點：會合部分沒有傾斜坡度，因此在這種情況下不能使用傳統(tǒng)的靜力學分析。在這種情況下使用非線性穩(wěn)定方法。使用位移控制加載?？紤]線性材料。零件之間采用摩擦接觸。方法4：模型建立方法4：分析結果卡扣拔出力仿真的分析方法卡扣拔出力仿真的分析方法1 傳統(tǒng)靜力學分析方法1：傳統(tǒng)靜力學分析對于空腔內側有傾斜坡度的情況，可以采用傳統(tǒng)的靜力分析來模擬拉拔試驗時。技巧和竅門與卡扣插入仿真相同。然而，對于空腔內側沒有傾斜坡度的情況，靜態(tài)模擬會給收斂帶來很多問題?？郯纬隽Ψ抡娴姆治龇椒? 顯式動力學分析方法2：顯式動力學分析顯式動力學設置可以克服在傳統(tǒng)靜態(tài)結構設置期間通常遇到的大多數(shù)收斂問題，包括接觸和極端扭曲。技巧和竅門：使用位移控制加載。使用質量縮放 [1] 來加快求解時間，但要跟蹤系統(tǒng)中的動能，因為目標是模擬準靜態(tài)現(xiàn)象，因此慣性效應應該最小。與系統(tǒng)的內能相比，動能應該很小。時間縮放 [2] 也可以與質量縮放結合使用以獲得最佳性能。使用帶有沙漏控制的四邊形或六邊形單元是可能的，因為它們提供了最短的求解時間。但是，如果沙漏太嚴重，則切換到三角形或四邊形單元。[1] 質量縮放是一個自動化程序，其中代碼通過增加控制時間步長的特定元素的密度來增加時間步長。用戶指定最小時間步長，并且那些時間步長小于該值的元素的密度增加到時間步長等于該值的點。[2] 時間縮放是一種通過減少模擬結束時間來加速準靜態(tài)模擬的方法，還可以調整施加的位移或力加載，使其產(chǎn)生最小的加速度。由于結束時間減少，仿真求解速度更快。這也可以與大規(guī)?？s放一起使用以獲得最佳性能。方法2：問題描述目標：模擬卡扣零件的拔出試驗。需要考慮的要點：使用位移控制加載?？紤]線性材料。零件之間采用摩擦接觸。為了顯示顯式動力學在這種情況下的適用性，使用傳統(tǒng)的靜力學分析和顯式動力學來解決這個問題。方法2：模型建立方法2：分析設置方法2：分析結果結論傳統(tǒng)的靜力學分析適用于有傾斜坡度卡扣的插拔仿真分析，其模型簡單，求解速度快。帶約束方程的靜力學分析和具有非線性穩(wěn)定性的靜力學分析適用于有/沒有傾斜坡度卡扣的插拔仿真分析，其模型復雜程度和求解速均一般。低速動力學分析和顯式動力學分析適用于有/沒有傾斜坡度卡扣的插拔仿真分析，其模型較復雜，求解速度較慢。塑料卡扣看似結構非常簡單，但要精確的仿真其插拔過程很不容易。這里只探討了卡口配合面傾斜坡度對卡口插拔仿真分析的影響。另外，設計和仿真分析卡扣時，卡口的其他很多因素也會影響卡扣的插拔仿真分析結果（如：卡扣材料、截面形狀、卡扣長度、卡槽寬度、倒角大小、表面粗糙度等諸多因素都會對卡孔變形、應力、插拔力、接觸力等結果產(chǎn)生影響）。

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淺談PCB抗干擾設計

2022-03-22

現(xiàn)在，雖然有很多軟件可以實現(xiàn)PCB自動布局布線。但是隨著信號頻率不斷提升，很多時候，工程師需要了解有關PCB布局布線的基本的原則和技巧，才可以讓自己的設計完美無缺。如，電路抗干擾設計，今天我們就來聊聊抗干擾設計原則?？垢蓴_設計的基本任務是系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動作或喪失功能，也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾，以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力也是該系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。一、PCB設計原則根據(jù)我個人多年工作在實際項目中的經(jīng)驗積累、實戰(zhàn)、實踐等；電路抗干擾設計要遵循的以下幾個基本原則：1.1 電源線的設計（1）選擇合適的電源；（2）盡量加寬電源線；（3）保證電源線、底線走向和數(shù)據(jù)傳輸方向一致；（4）使用抗干擾元器件；（5）電源入口添加去耦電容（10~100uf）。1.2 地線的設計（1）模擬地和數(shù)字地分開；（2）盡量采用單點接地；（3）盡量加寬地線；（4）將敏感電路連接到穩(wěn)定的接地參考源；（5）對pcb板進行分區(qū)設計，把高帶寬的噪聲電路與低頻電路分開；（6）盡量減少接地環(huán)路（所有器件接地后回電源地形成的通路叫“地線環(huán)路”）的面積。1.3 元器件的配置（1）不要有過長的平行信號線；（2）保證pcb的時鐘發(fā)生器、晶振和cpu的時鐘輸入端盡量靠近，同時遠離其他低頻器件；（3）元器件應圍繞核心器件進行配置，盡量減少引線長度；（4）對pcb板進行分區(qū)布局；（5）考慮pcb板在機箱中的位置和方向；（6）縮短高頻元器件之間的引線。1.4 去耦電容的配置（1）每10個集成電路要增加一片充放電電容（10uf）；（2）引線式電容用于低頻，貼片式電容用于高頻；（3）每個集成芯片要布置一個0.1uf的陶瓷電容；（4）對抗噪聲能力弱，關斷時電源變化大的器件要加高頻去耦電容；（5）電容之間不要共用過孔；（6）去耦電容引線不能太長。1.5 降低噪聲和電磁干擾原則（1）盡量采用45°折線而不是90°折線（盡量減少高頻信號對外的發(fā)射與耦合）；（2）用串聯(lián)電阻的方法來降低電路信號邊沿的跳變速率；（3）石英晶振外殼要接地；（4）閑置不用的門電路不要懸空；（5）時鐘垂直于IO線時干擾?。唬?）盡量讓時鐘周圍電動勢趨于零；（7）IO驅動電路盡量靠近pcb的邊緣；（8）任何信號不要形成回路；（9）對高頻板，電容的分布電感不能忽略，電感的分布電容也不能忽略；（10）通常功率線、交流線盡量在和信號線不同的板子上。1.6 其他設計原則（1）CMOS的未使用引腳要通過電阻接地或電源；（2）用RC電路來吸收繼電器等原件的放電電流；（3）總線上加10k左右上拉電阻有助于抗干擾；（4）采用全譯碼有更好的抗干擾性；（5）元器件不用引腳通過10k電阻接電源；（6）總線盡量短，盡量保持一樣長度；（7）兩層之間的布線盡量垂直；（8）發(fā)熱元器件避開敏感元件；（9）正面橫向走線，反面縱向走線，只要空間允許，走線越粗越好（僅限地線和電源線）；（10）要有良好的地層線，應當盡量從正面走線，反面用作地層線；（11）保持足夠的距離，如濾波器的輸入輸出、光耦的輸入輸出、交流電源線和弱信號線等；（12）長線加低通濾波器。走線盡量短接，不得已走的長線應當在合理的位置插入C、RC、或LC低通濾波器；（13）除了地線，能用細線的不要用粗線。二、布局布線2.1 布線寬度和電流（1）一般寬度不宜小于0.2.mm（8mil)；（2）在高密度高精度的pcb上，間距和線寬一般0.3mm(12mil)；（3）當銅箔的厚度在50um左右時，導線寬度1~1.5mm(60mil) = 2A；（4）公共地一般80mil,對于有微處理器的應用更要注意。2.2 電源線電源線盡量短，走直線，最好走樹形，不要走環(huán)形。2.3 布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加;過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。（2）某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。（3）重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發(fā)熱元件。（4）對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節(jié)，應放在印制板上方便于調節(jié)的地方;若是機外調節(jié)，其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應。（5）應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：（1）按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。（2）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產(chǎn)。（4）位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2成4：3。電路板面尺寸大于200x150mm時.應考慮電路板所受的機械強度。2.4 布線布線的原則如下：（1）輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。（2）印制攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.05mm、寬度為 1 ~ 15mm 時.通過 2A的電流，溫度不會高于3℃，因此.導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02~0.3mm導線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5~8mm。（3）印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則.長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀.這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。2.5 焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。2.6 PCB及電路抗干擾措施印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，這里僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。2.7 電源線設計根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。2.8 地線設計地線設計的原則是：（1）數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。（2）接地線應盡量加粗。若接地線用很細的線條，則線路阻抗會出現(xiàn)較大變化，大電流流過時會導致接地電位出現(xiàn)較大變化，使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應在2~3mm以上。（3）接地線構成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。2.9 退藕電容配置PCB設計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當?shù)耐伺弘娙?。退藕電容的一般配置原則是：（1）電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。（2）原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容。（3）對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。（4）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電源、地線的布線要認真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質量。小結綜上所述，PCB電路設計都是通過大量實踐檢驗的，通過反復實驗、測試驗證獲得了較為理想的抗干擾設計效果。因此，良好的pcb布線以及線路板布局會強化抗干擾能力，在具體電路調試階段，所形成的影響不可或缺，能夠保證pcb布線的科學性以及合理性。通常來說，采用以上介紹的抗干擾措施，可消除PCB板90%左右的常見干擾。但由于硬件的可靠性及設備的復雜性函數(shù)，要消除一些特殊的、小概率的干擾，就要采用特殊的、更復雜的硬件抗干擾電路。過多釆用硬件抗干擾措施，會明顯提高產(chǎn)品的成本，增加硬件數(shù)量，也會帶來新的干擾，導致系統(tǒng)的可靠性下降。所以應根據(jù)設計條件和目標要求，合理采用硬件抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

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淺談PCB設計中電流與線寬的關系

2022-03-21

目前由于成本的原因， PCB 面積越來越小化，這給工程師帶來很大的挑戰(zhàn)，除了考慮電路精簡、合理布局、改變元件封裝等外，也要考慮走線的寬度。要弄清楚PCB的過流能力，我們首先從PCB結構下手。以雙層PCB為例，這種電路板通常是三層式結構：銅箔、板材、銅箔。銅箔也就是PCB中電流、信號要通過的路徑。首先要說一下PCB的銅箔厚度，PCB銅箔的厚度是以盎司(OZ)為單位。盎司(OZ)是重量的單位, 國際上用單位面積的重量來控制銅皮的厚度。1OZ意思是重量1OZ的銅均勻平鋪在1平方英尺（FT2）的面積上所達到的厚度，1OZ=35um=0.035mm。一般PCB銅厚有三個尺寸，0.5OZ、1OZ和2OZ。我們常用的多層板，一般表層銅厚為1OZ，內層銅厚為0.5OZ。2OZ一般用于大電流的線路板。PCB的載流能力主要和線寬、線厚（銅箔厚度）以及溫升有關系，線寬越大，載流能力越強，允許溫升越高，可以流過的電流就越大，但同時PCB使用壽命會縮短，因此一般最大溫升為10℃或20℃。國際通用PCB制作標準IPC-2221規(guī)范給出的線寬計算公式為：其中公式中參數(shù)含義為：1、I為容許通過的最大電流，單位為安培A。2、0.024和0.048為修正系數(shù)，一般用K表示，內層走線，K=0.024，表層走線，K=0.048。3、dT為最大溫升，單位為攝氏度℃。4、A為走線截面積，截面積等于銅厚乘以線寬，單位為平方mil。 我們在畫PCB時一般都有一個常識，即走大電流的地方用粗線（比如50mil，甚至以上），小電流的信號可以用細線（比如10mil）。 通常大電流的做法有以下四種：1）增加導線寬度。2）在導線增加一層Solder層這樣在過錫過后，這條1mm的導線就可以看做一條1.5mm~2mm導線了（導線過錫時均勻度和錫厚度）。3）采用更厚的銅箔線路板，例如2OZ。4) 使用銅排來走大電流。在PCB板上焊接定制銅排來走更大電流，例如30A-50A。 除了導線，過孔的導電能力也需要考慮。一般的PCB繪制軟件對器件引腳的過孔焊盤鋪銅時往往有幾種選項：直角輻條，45度角輻條，直鋪。使用直鋪的方式特點是焊盤的過電流能力很強，對于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時它的導熱性能也很強，雖然工作起來對器件散熱有好處，但是這對于電路板焊接人員卻是個難題，因為焊盤散熱太快不容易掛錫，常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度，降低了生產(chǎn)效率。使用直角輻條和45角輻條會減少引腳與銅箔的接觸面積，散熱慢，焊起來也就容易多了。所以選擇過孔焊盤鋪銅的連接方式要根據(jù)應用場合，綜合過電流能力和散熱能力一起考慮，小功率的信號線就不要使用直鋪了，而對于通過大電流的焊盤則一定要直鋪。 DCDC的輸出電容之后，一般會直接打過孔連到內層去。這里要注意打孔不可以過于密集，每個過孔之間要留足過電流的銅箔寬度。否則就會導致DCDC的輸出能力是足夠的，但就是送不到后面去。

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功能安全認證簡介及ARM認證工具鏈介紹

2022-03-18

SIL功能安全認證一、簡介SIL（Safety Integrity Level）安全完整性等級認證就是基于IEC61508, IEC61511, IEC61513, IEC13849-1, IEC62061, IEC61800-5-2等標準，對安全設備的安全完整性等級(SIL)或者性能等級(PL)進行評估和確認的一種第三方評估、驗證和認證。安全完整性等級的確定需要進行安全系統(tǒng)風險分析，它是進行系統(tǒng)研發(fā)的目標和基礎，是評估系統(tǒng)能否保證安全的依據(jù)。主要涉及針對安全設備開發(fā)流程的文檔管理(FSM)評估，硬件可靠性計算和評估、軟件評估、環(huán)境試驗、EMC電磁兼容性測試等內容。SIL認證分為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4，其中SIL1級是最低的產(chǎn)品功能安全等級，SIL4是最高的級別。二、功能安全標準化起源功能安全標準化的運動起源于20世紀90年代。上世紀70年代開始，隨著各種現(xiàn)代化及其的使用，以及工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化程度越來越高，以電氣、電子、可編程電子產(chǎn)品的大量應用為標志的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)越來越多的滲透到各個領域，參與著各種控制過程。但是，工業(yè)文明在給人類帶來利益的同時，也帶來了災難。由于系統(tǒng)設計不合理、設備元器件故障或失效、軟件系統(tǒng)的故障導致的事故、人身傷害、環(huán)境污染，越來越頻繁的危及著我們的生命安全和賴以生存的環(huán)境。人們開始認識到，必須采取措施，用標準和法規(guī)來規(guī)范領域內安全相關系統(tǒng)的使用，使技術在安全的框架內發(fā)展，使人類既能盡可能享受新技術帶來的安全和舒適，同時又能掌控危險。功能安全標準研究從此展開。2000年5月，國際電工委員會正式發(fā)布了IEC61508標準，名為《電氣/電子/可編程電子安全相關系統(tǒng)的功能安全》。這是功能安全領域的第一個國際標準，后面其它的功能安全標準適用于不同的應用領域，但它們都基于由IEC61508標準派生出的安全理念。三、SIL認證機構SIL的認證機構有很多，國外的認證機構有德國TüV、美國艾思達Exida、法國必維(BV)等；國內的認證機構主要有北京儀綜所(ITEI)和上海自動化所(SITIIAS)等等。軟件方面國內接受度比較高的是德國萊茵TüV認證。四、SIL認證流程SIL認證項目的大致流程：第一階段：概念評估1.檢查并評審產(chǎn)品需求規(guī)范和安全設計概念；2.在產(chǎn)品各個生命周期階段，尤其在開發(fā)過程中（質量管理），檢查并評估故障避免措施的計劃；3.評估檢測和控制故障需采取的措施（診斷）FMEDA(失效模式影響及診斷分析），評價是否安全完整等級能夠達到預期的目的；4.文件系統(tǒng)的審核（設計和質量管理);5.電磁兼容，環(huán)境測試需求定義；6.為主檢階段出具項目計劃；7.根據(jù)概念評估的結果出具報告；第二階段：主檢1.測試所有的安全相關功能，最壞情況分析（軟硬件）；2.檢測控制故障的驗證（故障插入測試），F(xiàn)MEDA的驗證與執(zhí)行；3.軟件驗證測試的評審（模塊，集成測試，系統(tǒng)測試）4.對開發(fā)過程中創(chuàng)建的產(chǎn)品文檔評審(設計文檔，測試、驗證、審核記錄）5.安全相關的可靠性數(shù)據(jù)的定義及計算；6.環(huán)境測試（包括EMC）；7.用戶文檔的檢查（安裝，操作手冊，安全手冊）；8.提供測試報告；第三階段：發(fā)證基于測試報告，如果各項均符合要求，則由認證機構頒發(fā)證書。ARM功能安全相關一、簡介1、總體介紹安全終端產(chǎn)品的認證要求開發(fā)中使用的編譯器工具鏈符合相應的功能安全標準。鑒定這些工具的過程稱為“工具鑒定”或“工具驗證”，可能是耗時且昂貴的過程。此外，它沒有為最終產(chǎn)品提供任何差異化。雖然最終用戶必須對整個工具認證過程負責，但開發(fā)工具供應商可以通過提供符合適當安全標準的工具來簡化此過程。Arm Compiler for Embedded FuSa是一個合格的C/C++工具鏈，已通過安全認證機構TüV SüD的評估。合格的工具鏈適用于為汽車、工業(yè)、醫(yī)療、鐵路和航空等安全市場開發(fā)嵌入式軟件。憑借TüV證書和全面的認證套件，用于嵌入式FuSa的Arm編譯器極大地簡化了整個“工具認證”過程，使最終用戶能夠專注于他們的最終產(chǎn)品開發(fā)。Arm Compiler for Embedded FuSa有資格開發(fā)符合以下標準的最高安全完整性級別的軟件：IEC 61508 (工業(yè)) – SIL 3ISO 26262 (汽車) – ASIL DEN 50128 (鐵路) – SIL 4IEC 62304 (醫(yī)療) – Class C對于其他安全標準，其中許多標準源自IEC 61508，認證套件提供了最終用戶執(zhí)行“工具驗證”所需的關鍵信息。注：ISO 26262是汽車行業(yè)的安全標準。該標準使用汽車安全完整性等級 (ASIL A–D) 來衡量風險。A等級最低，D等級最高。IEC 62304是醫(yī)療器械行業(yè)使用的安全標準。該標準使用軟件安全分類（A-C 類）來設置基于風險的要求，A等級最低，C等級最高。2、Qualification Kit資格認證套件Qualification Kit提供有關工具鏈操作、推薦使用和診斷功能的重要安全信息。這包括：安全手冊- 定義工具鏈的安全邊界。缺陷報告- 描述已知的安全關鍵缺陷。開發(fā)流程- 記錄用于開發(fā)安全工具鏈的流程。測試報告- 記錄資格認證中使用的語言一致性測試的測試結果。3、Arm編譯工具鏈方面能提供的安全工具如下圖所示二、Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS介紹Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS是Arm公司最新的功能安全嵌入式 C/C++編譯工具鏈，新購功能安全工具鏈用戶都是購買這個版本。它用于開發(fā)具有功能安全或長期支持要求的裸機軟件、固件和實時操作系統(tǒng) (RTOS)應用程序。通過強大的優(yōu)化技術和優(yōu)化的庫，Arm Compiler for Embedded FuSa使嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員能夠滿足具有挑戰(zhàn)性的性能目標和內存限制。Arm Compiler for Embedded FuSa被各行各業(yè)的領先公司使用，包括汽車 (ISO 26262)、消費電子、工業(yè) (IEC 61508)、醫(yī)療 (IEC 62304)、網(wǎng)絡、鐵路 (EN 50128)、存儲和電信。它還用于開發(fā)以下Arm功能安全產(chǎn)品：合格庫： https ://developer.arm.com/tools-and-software/embedded/arm-compiler/safetyArm FuSa RTS： https ://developer.arm.com/tools-and-software/embedded/fusa-run-time-system軟件測試庫：https ://www.arm.com/products/development-tools/embedded-and-software/software-test-librariesArm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS 的主要功能包括：支持Cortex和Neoverse處理器支持A-profile和R-profile目標的動態(tài)鏈接支持線程本地存儲 (TLS)支持C++14源語言模式與Arm FuSa C庫版本6.6.A的兼容性用于嵌入式FuSa 6.16LTS的Arm編譯器包括：合格的工具鏈組件：armclang：基于LLVM和Clang 技術的編譯器和集成匯編器armar：歸檔器，可將 ELF 目標文件集收集在一起armlink：將對象和庫結合起來生成可執(zhí)行文件的鏈接器fromelf：圖像轉換實用程序和反匯編程序非安全的工具鏈組件：Arm C 庫：嵌入式系統(tǒng)的運行時支持庫Arm C++ 庫：基于 LLVM libc++ 項目的庫armasm：舊版匯編器，用于armasm-syntax 匯編代碼，僅適用于較舊的 Arm 架構。armclang對所有新的匯編文件使用集成匯編器。資格套件：安全手冊：描述認證范圍，以及如何使用工具鏈進行安全相關開發(fā)缺陷報告：提供有關已知安全相關缺陷的信息測試報告：包含語言一致性測試的結果開發(fā)過程：包含用于開發(fā)工具鏈的過程的概述發(fā)布歷史： Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS 系列迄今為止所有版本的標識信息用戶文檔：用戶指南：提供示例和指南來幫助您使用工具鏈參考指南：提供幫助您配置工具鏈的信息Arm C和C++庫和浮點支持用戶指南：提供有關非限定Arm庫和浮點支持的信息錯誤和警告參考指南：提供Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS中的工具可以報告的錯誤和警告列表遷移和兼容性指南：提供信息以幫助您從Arm Compiler 5遷移到 Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS發(fā)行說明工具鏈可用于：使用Arm Development Studio黃金版或白金版工具包使用Keil MDK-Professional工具包（需要 Windows 64 位主機平臺上的 Windows 32 位工具鏈）作為獨立安裝Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS支持什么？根據(jù)許可條款，Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS可用于構建以下 Arm架構和處理器：注意：用于嵌入式FuSa 6.16LTS的Arm編譯器預計不能在比上面列出的版本更早的主機操作系統(tǒng)平臺上工作。使用Keil MDK許可證，用于嵌入式FuSa 6.16LTS的Arm編譯器僅在Windows主機平臺上受支持。不支持Windows 32位x86主機平臺。如果您使用的是浮動許可證，則您的許可證服務器必須運行11.14.1.0或更高版本armlmd以及l(fā)mgrd。您必須根據(jù)您打算如何使用 Arm Compiler for Embedded FuSa 6.16LTS 選擇合適的安裝位置：集成到 Arm Development Studio Gold Edition 2021.2 或更高版本，或 Platinum Edition 2021.c 或更高版本集成到 Keil MDK-Professional 5.36 或更高版本作為獨立安裝

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小白必看 | 如何零基礎入門ANSYS仿真

2022-03-17

因為工作原因，經(jīng)常碰到各種原因需要利用ANSYS仿真，但不知從何入手的新人。根據(jù)自己的經(jīng)驗，總結了一些較為實際的快速入門方法與注意事項。 1 學習目標與路徑 帶著問題學習，雖然看起來很功利，但是對于學習往往也是很實用有效的辦法。對于仿真學習，首要是解決XX工程問題。 ANSYS各模塊涉及結構、流體、電磁、光學、系統(tǒng)邏輯等多種學科仿真，可應用于機械、建筑、環(huán)保等各種行業(yè)。完全學會各種模塊的操作及其各種可涉及的仿真是不現(xiàn)實的，也沒有必要。即使一個具體的模塊（例如Fluent），也很難憑借一己之力完全學會每個功能與操作。 學習仿真，一步到位的立刻精通是不現(xiàn)實的。不可能看幾本書，做幾個練習案例，或者找?guī)讉€大牛指點下，就能立刻從完全毫無頭緒到和實驗數(shù)據(jù)一致。這中間需要努力探索與嘗試，循序漸進，從能夠做出看起來合理的結果，逐步成長到做出精確的結果。 2 理論知識學習 雖然現(xiàn)在軟件的操作已經(jīng)弱化了應用者對于理論知識的要求，但是了解理論很多時候還是必要的。 如果之前缺乏背景知識，至少對于重要的概念、方程、物理模型等有必要掌握物理含義，了解應用范圍。例如做設備散熱仿真，至少三種傳熱方式（傳導、對流、輻射）能夠講出各自的重要特點，對材料熱傳導系數(shù)、固體表面換熱系數(shù)等常用概念要清楚其物理含義。 當然，完全的抱著理論書去深入鉆研，至少入門階段是不必要的。很多時候軟件已經(jīng)把理論知識和最佳實踐總結固化為默認設置。完全按照默認設置，多數(shù)常規(guī)問題至少可以做出結果。帶著了解到的理論知識做仿真，可以加深理論知識的掌握，并發(fā)現(xiàn)自己理論知識待深入的方面。沒必要因為某些人在網(wǎng)上裝大神，說做仿真得這也要懂那也要會，然后一對比發(fā)現(xiàn)自己很多不會從而很焦慮。人腦有極限，不可能記得住更不可能搞得懂那么多。理論學習更重要的是把物理機理、概念等基礎的東西搞明白，理解仿真的物理過程。 3 軟件操作學習 軟件操作學習，核心在于貴精不貴多。初期入門要專注于幾個核心功能，首先保證能夠自己獨立操作解決問題，忌諱貪多求大，大量精力放在次要功能上。并且要在學習過程中能夠使過程變得流程化，從而提高效率。 軟件版本選擇要跟上時代，用最新或者較新的版本，不要迷信所謂“版本經(jīng)典”、“老版本穩(wěn)定成熟”等說辭。版本更新所帶來的新功能、界面優(yōu)化、問題修復等，也是對用戶在使用老版本過程中提出的各類問題的響應。 4 學習資料選擇 現(xiàn)在的環(huán)境中，學習資料非常多。核心點在于不要碎片化學習，更不應該做資料收藏家。仿真的學習需要理論結合實際，系統(tǒng)化的由淺入深。4.1 軟件資料軟件相關的資料不僅有軟件幫助文檔、ANSYS學習中心（Learning Hub）教材等第一手資料，各類第三方資料同樣一大把。 通常而言，軟件類資料主要分為以下幾類： 介紹性資料。這類資料主要用于對軟件的宣傳介紹，可用于了解軟件的功能、行業(yè)內的應用等。純操作教程。這類資料主要是講解某個簡單案例的相關操作步驟。這類資料可以擇優(yōu)而存，跟著做幾次，用于了解軟件操作。系統(tǒng)化培訓資料。這類資料會系統(tǒng)化講述某類問題的仿真過程、操作步驟、注意事項等。這類資料強烈建議進行深入鉆研。 4.2 理論資料理論資料，最主要是能夠通俗易懂解釋必備的知識點。 書本教材主要用于入門之后，對設置背后的數(shù)學思想、求解方式等進行深入學習探究。書本教材的學習，最主要的應該是學習物理過程和數(shù)學思想。個人對于教材的優(yōu)先級排序：基礎理論知識>行業(yè)必備高級理論知識>數(shù)值算法知識 很多理論教材的高級內容還是利用數(shù)學技巧求某些特定問題的解析解，根本不適合于現(xiàn)代數(shù)值計算的思路，更不建議進行學習。 例如，學習利用Fluent做汽車空氣動力學仿真，理論知識學習可分為以下階段： 對流場、空氣粘度、網(wǎng)格等基礎概念有所了解，至少照著教程做的時候知道相關設置的作用知道幾種常用的湍流數(shù)值計算方法各自的優(yōu)缺點與適用場景了解算法知識，并了解數(shù)值算法層面的重要因素的影響（離散格式、松弛因子、網(wǎng)格密度等） 4.3 行業(yè)資料行業(yè)知識，可分為主要應用場景和行業(yè)標準兩類。 應用場景的主要關注點，決定了仿真的需求。對于行業(yè)中仿真涉及較多的重要場景一定要深入了解其物理過程，理解仿真設置背后的原因。同時也要通過分析對比，比較不同仿真設置下的結果誤差。 通常，應用場景層面的了解，可利用5W分析法進行分析：WHAT：發(fā)生了什么問題？WHO：這個問題涉及到哪些人？WHEN：這個問題發(fā)生在什么時候？WHERE：這個問題發(fā)生在什么地方？WHY：為什么要處理這個問題？ 不少行業(yè)針對特定應用場景，有行業(yè)標準對設計性能指標、實驗方法等進行詳細規(guī)定，更需要深入學習，做到仿真的設置有理有據(jù)。 例如機械零件疲勞壽命，需要仿真的原因在于零件失效中有很高比例是長時間運行的材料疲勞導致，需要通過仿真提前了解疲勞極限和危險區(qū)域。nCode作為專業(yè)的疲勞仿真工具，內置多種疲勞仿真算法，可適用于不同類型的疲勞問題。針對具體的工程問題，需要根據(jù)實際情況選擇最合適的算法。對于重要零件的疲勞壽命，通常也有行業(yè)標準化實驗方法，需要學習掌握后，結合已有資料對實際產(chǎn)品的疲勞壽命進行仿真和誤差分析。4.4 學術資料在學習過程中，高水平的論文是一種非常推薦的資料，特別是和自身問題相關，且年代較近的論文更應該仔細閱讀，詳細了解背景、步驟、結果及其評判等。 論文包括期刊雜志論文（小論文）和碩博畢業(yè)論文（大論文）。通常優(yōu)先推薦大論文，因為包含的細節(jié)、注意事項等更多更細，了解軟件操作后，基本上照著大論文中的步驟能夠做出來類似的結果。高水平期刊的新論文可以經(jīng)常性訂閱和關注，以了解行業(yè)動態(tài)和先進做法。對于總結類（review）論文，在入門階段可以多看看，了解相關問題的來龍去脈。 5 總結仿真入門和提高沒有捷徑，多學習多實踐是唯一的硬道理。 行業(yè)的專業(yè)英語詞匯一定要認真背誦掌握，非常有助于看各種資料。畢竟，英語還是如今的世界通用語言，也是各類專業(yè)技術領域第一語言。

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用于電源的Pi型濾波器

2022-02-11

Pi型濾波器是一種無源濾波器，其因三個組成元器件以希臘字母Pi（π）的形狀排布而得名。Pi型濾波器可以設計為低通或高通濾波器，具體取決于所使用的元器件。用于電源濾波的低通濾波器由在輸入和輸出之間串聯(lián)的電感和跨接的兩個電容組成，一個電容跨接輸入端，另一個跨接輸出端。Pi型濾波器在電源中的主要應用是通過充當?shù)屯V波器來平滑處理整流器的輸出。高通濾波器等效電路由在輸入和輸出之間串聯(lián)的一個電容和跨接的兩個電感組成，一個電感跨接輸入端，另一個跨接輸出端。本文將只研究低通濾波器。基本原理構成Pi型濾波器的三個元器件分別起到阻止交流電流和通過直流電流的作用。輸入端電容負責執(zhí)行過濾交流分量的首要階段。接著，電感執(zhí)行下一個濾波階段，有效地消除所有紋波。最后，輸出端電容過濾掉通過電感的所有交流分量。特點Pi型濾波器將以最小的電流損耗產(chǎn)生高輸出電壓，同時只在輸出端產(chǎn)生非常小的壓降。與不同濾波器類型相比，它的另一個主要優(yōu)勢是能夠有效減少紋波。但是，當在輸出端施加負載時，任何通過濾波器的電流都會導致電壓下降，因此Pi型濾波器無法提供電壓調節(jié)功能。另外，電流還將流經(jīng)電感，這意味著在高輸出電壓應用中，需要使用具有高額定功率的電感。這一限制還必須與高輸入電容要求和高額定電壓相權衡。此外，此類元器件具有體積龐大、造價高昂的特征，而這會對電路板設計產(chǎn)生影響。電壓調節(jié)Pi型濾波器需要穩(wěn)定的輸出電壓才能有效工作。不斷變化的輸出負載或高輸出電流漂移將導致電壓調節(jié)效果不佳。其交流式電源應用通常緊接在橋式整流器電路之后和開關型控制電路之前。它們的作用是最大限度減少電源電路轉換器級輸入端整流電源線上的紋波。電源隔離用變壓器代替低通Pi型濾波器中的電感，也能夠達到相同的紋波過濾效果，且這樣做有一個好處是，它能夠在整流器輸出和開關型電源轉換器之間實現(xiàn)隔離。此舉的另外一個好處是，變壓器還將提供雙向共模噪聲過濾。在一個方向上，它減少了出現(xiàn)在整流器輸出端的交流輸入端的噪聲。在另一個方向，它可以防止開關模式電源轉換器電路產(chǎn)生的高頻噪聲通過電源傳導回電源線上。在此配置中，Pi型濾波器也被稱為電源線濾波器。阻抗匹配相比簡單的L-C型濾波器，Pi型濾波器的一個優(yōu)勢是它為電路設計人員提供了更大的阻抗匹配靈活性。簡單的L-C型濾波器只有單一元件值，濾波器只針對給定頻率產(chǎn)生所需的阻抗 。相比之下，Pi型濾波器擁有多個元件值的組合，這些組合會產(chǎn)生給定頻率所需的阻抗。不同選項的Q因子各不相同，這使設計人員能夠在權衡效率后，選擇最適合設計電路的諧振行為。設計約束對于標準的Pi型濾波器，考慮到元器件的典型尺寸和重量，需要在電路板上為其分配相當大的一塊位置。此類濾波器還要求仔細組裝，以防止任何外部振動轉化為元器件的物理位移，進而在連接到PCB時，造成引線和焊點開裂。Pi型濾波器通常用于高功率應用。因此，濾波器元器件之間的走線需要盡可能短，并使連接和走線中的電流密度保持在盡可能低的水平上。在涉及高電流的情況下，需要對電感/變壓器進行熱管理，以防止產(chǎn)生過熱影響。在需要隔離的情況下，電源線濾波器可作為獨立的現(xiàn)成單元并入設計中，或者作為電源連接電路中的外部元件處理。這一選項雖然單位成本更高，但它能夠簡化電路板設計并可能降低總體制造成本。概括Pi型濾波器有助于減少電源電路中的電源紋波，但前提是物理尺寸和重量約束以及熱管理問題不會妨礙它們的使用。由于電壓調節(jié)限制，Pi型濾波器不適合用作輸出濾波器，但它們非常適合作為電源電路中的中間級濾波器。使用基于變壓器的Pi型濾波器還有一個額外的好處，那就是它能夠為安全相關應用的設計提供電源隔離。關于億道電子億道電子技術有限公司是國內資深的研發(fā)工具軟件提供商，公司成立于 2002 年，面向中國廣大的制造業(yè)客戶提供研發(fā)、設計、管理過程中使用的各種軟件開發(fā)工具，致力于幫助客戶提高研發(fā)管理效率、縮短產(chǎn)品設計周期，提升產(chǎn)品可靠性。20 年來，先后與 Altium、ARM、Ansys、QT、Adobe、Visu-IT、Minitab、Parasoft、Testplant、IncrediBuild、EPLAN、HighTec、GreenHills、PLS、Ashling、MSC Software 、Autodesk、Source Insight、TeamEDA、Lauterbach等多家全球知名公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，并作為他們在中國區(qū)的主要分銷合作伙伴服務了數(shù)千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發(fā)工具、EDA 設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式 GUI 工具等等。億道電子憑借多年的經(jīng)驗積累，真正的幫助客戶實現(xiàn)了讓研發(fā)更簡單、更可靠、更高效的目標。

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