多重物理量是什么和它如何与PCB设计?

关键的外卖

• 一个解释多重物理量及其模拟用于PCB设计。

• 时间依赖性系统响应和频域提供了更好的解决方案的原因。

• 物理模型的一些例子。

图片的场景:一个年轻的研究生是设计一个图案的数组的感光材料作为一种新型的光传感器。时候检查系统的响应光事件在不同的角度,是年轻的研究生做什么?他们可能考虑一个解析解,但数值多重物理量的方法可能是最好的办法。如果读者苦相自己“多重物理量是什么?”…不要担心!虽然它听起来就像是科幻,多重物理量代表一个物理模型,其中包括各部门形成一个更有凝聚力的解决方案。

尽管分析解决方案帮助和封装一些基本关系,他们还远未终结,最要紧的事。通常,这些解决方案需要改进在实际情况下由于其广泛的理想化的现实世界的现象。仿真软件可以严格模型高阶问题有足够的精度和更好的计算速度,使其复杂的物理系统的明确的选择。合适的软件解算器可以模拟你的PCB的行为基于物理学的多个领域之间的相互作用。这种类型的模拟是非常有用的在复杂系统建模行为不适合SPICE-based模拟。

让我们进入讨论多重物理量是什么。

什么是多重物理量,不管怎样?

多重物理量模拟涉及建模之间的交互系统在一个模拟的不同的物理方面。在现实世界中,多重物理量只是日常现象重叠的状态:

• 电磁占的运动电荷,永久或暂时磁化材料,相关领域的相互作用。

• 热力学问题生成、辐射和吸收的热量或热通量,以及产生的材料特性的变化。

• 静力学涵盖了刚体在琐碎的牛顿第二定律的情况下,任何势力和变形。动力学用于非零的加速度,例如,振动或冲击下降测试期间遇到的。

• 其他因素包括化学腐蚀性、反应性)和湿度(吸收周围的水吸湿材料),等等。活跃的模型往往会专注于第一个三分,但这些条件可能根据字段的使用相关的董事会。

许多系统是复杂的,尤其是电子系统,和不同的物理量(如电流和温度)在obfusticated方面有关。除了个人物理仿真,工程师需要考虑物理的不同方面之间的相互作用,这需要一个稳定的物理模拟方法。在生产和服务生活,设计师和制造商必须了解这些看似不同的运作机制来优化性能。

Multiphysical系统是一个更现实的捕捉的物理功能和约束。

挑战在任何物理模型模拟PCB是准确的模型系统中的源项的行为,无论是机械载荷,电子元件散热,或热源和水槽系统。多重物理量软件可以使用3 d领域解决耦合的微分方程解算器模拟系统,另一个挑战涉及创建一个足够细网格系统的空间和时间。细网格在时间和空间上是至关重要的,以确保结果是准确的,但过于细网格需要较长的计算时间。平衡计算精度和计算时间的物理模型模拟的是一个主要的挑战。

在多氯联苯、电气可靠性是量化的电源完整性和信号完整性分析尽量减少功率波动,相声,易受电磁干扰。评价热可靠性要求热模拟评估板和组件的温度。这允许您确定董事会的运作在一个适当的温度范围内。最后,机械可靠性与高温热膨胀,和你需要评估通过热机械应力,焊点,董事会本身。

动态和稳态/瞬态行为的行为

多重物理量模拟可以在时域进行,尽管这些模拟需要大量的计算能力、内存和计算时间。一个小规模的3 d仿真在时域需要几天才能完成,除非你可以利用并行化的计算。

时间域的物理模型进行大致可以分为两种类型:瞬态模拟和动态模拟。每种类型的模拟类似于其相应的电路模拟的香料包。作为系统的状态或系统中的源项突然变化,例如,一个组件打开或关闭,系统需要一些时间来适应这种变化。

从有限元法模拟输出

可以画一个类比为一个模拟RC电路:如果应用于电容器的电压突然从0到一些积极的改变电压,电容器上的电荷积累随着时间的推移,它不立即改变值Q =简历。这种行为可以进行多重物理量在时域模拟系统中采购条款是不连续的。

的瞬态行为显示了随着时间的推移系统转换到一个稳定状态。一旦理解瞬态行为,这为您提供了一个基准仿真所需的时间开始检查系统的稳态行为。在PCB,系统的行为是常数时间后系统进入稳态,而你只需要检查温度的空间分布、机械应力和电压/电流在整个董事会。

多重物理量模拟的PCB设计

多重物理量模拟用于PCB设计来验证设计选择,检查电行为,识别成为可能热管理问题,甚至是确保机械可靠性。目标是识别可能的电、热或机械缺陷在设计之前创建你的董事会面临的主要问题。这些可能包括相声在某些电路或非线性电效果,识别热点的董事会,或抗机械冲击。

一个例子:热循环

热机械可靠性在电路板在几个方面相关操作。活性成分在电路板产生大量的热量,和热导率低FR4基板导致热量积累,导致显著的温度上升。电路板将扩展原理,创造压力的痕迹,通过和其他电子元件在整个董事会。这出现由于体积膨胀系数不同的材料之间的不匹配整个董事会。

通过多层电路板的热循环期间容易骨折。如果董事会加热到高温以缓慢的速度,温度,减少机械损伤的危险导体由于静态压力。危险发生在热循环过程中,沿着通过筒压力会导致疲劳。对接接头在in-pad通过也真正的失败点,随着应力集中在这些位置。

这种类型的多重物理量模拟PCB热循环下作为董事会运作允许您分析温升之间的联系在董事会和机械应力在电气操作。你可以查看机械应力、电磁场、温度和电压/电流分布,整个系统在不同的时间点。

你不需要一个多重物理量模拟红外摄像机

甚至更进一步:频域模拟

在处理系统,包括纯粹的谐波源,通常是非常有用的多重物理量模拟的控制方程转换成频域。当你错过的瞬态行为系统,你获得一个完整的视图的系统响应与不同频率源。

使用正确的套件PCB布局和设计软件允许您创建一个设计你的想法和模拟其功能与先进的工具。设计师不再需要问,“多重物理量是什么”,而是“多重物理量模型如何更好的优化构建?”快板PCB设计者包括功能需要先进的电路板的布局,和清晰的三维解算器包括你需要的物理模型进行的工具。你也可以将你的董事会导入节奏的套件分析工具模拟和分析你的董事会的行为。

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