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如何利用CAD设计软件与网络分析仪进行PCB设计?

time : 2019-08-16 09:14       作者:凡亿pcb

    对于高频电路设计,当前已经有了很好的CAD类软件,其强大的功能足以克服人们在PCB设计经验方面的不足及繁琐的参数检索与计算,再配合功能强大的网络分析仪,按理应该是稍具经验者便能完成质量较好的射频部件。但是,实际中却不是这回事。
 
    CAD设计软件依靠的是强大的库函数,包含了世界上绝大部分无线电器件生产商提供的元器件参数与基本性能指标。不少射频工程师错误地认为:只要利用该工具软件进行设计,就不会有多大问题。但实际结果却总是与愿望相反,原因是他们在错误认识下放弃高频电路设计基本概念的灵活应用及基本设计原则的应用经验积累,结果在软件工具的应用中常犯下基本应用错误。射频电路设计CAD软件属于透明可视化软件,利用其各类高频基本组态模型库来完成对实际电路工作状态的模拟。至此,我们已经可以明白其中的关键环节是高频基本组态模型有两类,一类属于集中参数形态之元器件模型,另一类属于常规设计中的局部功能模型。于是存在如下方面问题:
    (1)元器件模型与CAD软件长期互动发展,日趋完善,实际中可以基本相信模型的逼真度。但元器件模型所考虑的应用环境(尤其是元器件应用的电环境)均为典型值。多数情况下,必须利用经验确定系列应用参数,否则其实际结果有时甚至比不借助CAD软件的设计结果相差更远。
    (2)CAD软件中建立的常规高频基本组态模型,通常限于目前应用条件下可预知的方面,而且只能局限于基本功能模型(否则产品研发无须用人,仅靠CAD一手包办而诞生各类产品)。
    (3)特别值得注意的是:典型功能模型的建立,是以典型方式应用元器件并以典型完善的工艺方式构造(包括PCB构造)下完成的,其性能也达到“典型”的较高水平。但在实际中,就是完全模仿,也与模型状态相差甚远。原因是:尽管选用的元器件及其参数一致,但它们的组合电环境却无法一致。在低频电路或数字电路中,这种相差毫厘的情况妨碍不大,但在射频电路中,往往发生致命的错误。
    (4)在利用CAD软件进行设计中,软件的容错设计并不理睬是否发生与实际情况相违背的错误参数设置,于是,按照其软件运行路径给出一理想的结果,实际中却是问题百出的结果。可以知道其关键错误环节在于没有利用射频电路设计的基本原则去正确应用CAD软件。
    (5)CAD软件仅仅属于设计辅助工具,利用其具备的实时模拟功能、强大的元器件模型库及其函数生成功能、典型应用模型库等等方面来简化人们的繁琐设计与计算工作,到目前为为止,尚远远无法在具体设计方面代替人工智能。
    CAD软件在射频PCB辅助设计中所体现的强大功能是该软件大受欢迎的一个重要方面。但实际中,许多射频工程师会经常“遭其暗算”。导致原因仍然是其对参数设置的容错特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型(包括各个功能环节),一到实际调试中才发现:还不如利用自己的经验来设计。
    所以,CAD软件在PCB设计中,仍然仅仅有利于拥有基本的射频设计经验与技巧的工程师,帮助他们从事繁琐的过程设计(非基本原则设计)。
 
    网络分析仪分为标量和矢量两种,是射频电路设计必不可少的仪器。通常的做法是:结合基本的射频电路设计理念和原则完成电路及PCB设计(或利用CAD软件完成),按要求完成PCB的样品加工并装配样机,然后利用网络分析仪对各个环节的设计逐个进行网路分析,才有可能使电路达到最佳状态。但如此工作的代价是以至少3~5版的PCB实际制作,而若没有基本的PCB设计原则与基础理念,所需要的PCB版本将更多(或者无法完成设计)。
    由上述可见:
    (1)在利用网络分析仪对射频电路进行分析过程中,必须具有完备的高频电路PCB设计理念和原则,必须能通过分析结果而明确知道PCB的设计缺陷,仅此一项就要求相关工程师具备相当的经验。
    (2)对样机网路环节进行分析过程中,必须依靠熟练的实验经验和技巧来构造局部功能网络。因为很多时候,通过网络分析仪所发现的电路缺陷,会同时存在多方面的导致因素,于是必须利用构造局部功能网路来加以分析,彻查导致原因。这种实验性电路构造必须借助清晰的高频电路设计经验与熟练的电路PCB构造原则。