6SigmaET练习教程 R13_PCB文件的导入

243 案例九 PCB 文件的导入 一. 案例描述 6SigmaET 的 PCB 文件接口与 CAD 文件接口功能比较类似， 通过导入文件 来加快建模时间。这个功能主要是针对 PCB 等级的分析，可以建立非常详细的 PCB 模型。 通过 PCB 文件导入可以建立任意形状的 PCB、 任意角度摆放的器件、 非常详细的走线。下面是本例中建立的 PCB 模型： 244 本案例需要关注以下知识点： 1. 常用的 IDF 文件格式，如 emn，emp，brd，bdf 等。 2. 走线文件格式：GERBER，ODB+。 3. 当器件非常多时，通过 CSV 文件导入功耗、热阻等属性。 4. 简化的 PCB、导入图像形式走线层的 PCB、导入实体走线层的 PCB 之 间计算结果的差异。 5. 建模约半小时，前两个方案计算约需 5-10 分钟，详细走线方案约需 20-30 分钟。 二. 建立简化等级的 PCB 模型 创建自然对流模板 打开软件，点击 File New Natural Convection，建立一个自然对流的 模型。 245 PCB 文件结构 PCB 文件分为几个部分：IDF、IDX、XFL 是含有 PCB 和它上面的器件的 信息，GERBER 含有走线信息，ODB+则既含有 PCB、器件信息，又含有走线 信息。其中 ODB+模块需要单独的额外付费的 License 才能使用。 导入 IDF 文件 点击 Import IDF，选择 emn 文件将其导入到软件当中。注意 emn 和 emp 文件是成对出现的，如果只有 emn 是无法导入成功的。导入时只需要选择 emn 文件即可，不需要再选择 emp 文件。 246 点击下一步后，会出现过滤功能和匹配功能。过滤功能可以根据设定的条 件过滤到一些器件，比如一些非常细小的对计算影响不大的器件。用户需要设定 长宽高小于多少来触发过滤。匹配功能则是依据器件的代号自动转换为 Component（芯片）、Capacitor（电容）、Inductor（电感）等不同种类的器件， 一般保持默认即可。 247 一直点下一步，直到出现 Finish 页面。点击 Finish 按钮完成 IDF 文件的导 入。 适当调整求解域大小，并利用鼠标拖拽功能或对齐功能将 PCB 完全移动到 求解域的内部。此时，错误提示消失。注意：鼠标移动到 PCB 蓝点附近时，光 标会变为蓝色的“十”字形状，才能触发移动功能。如果出现别的形状的光 标，无法进行移动操作。 248 制作 CSV 文件 导入 IDF 文件后，可以看到器件分为芯片、电阻、电容、电感四类，总数 为 122 个。电感总共有两个，其发热量先不考虑，我们只定义芯片、电阻、电容 的功耗。 这么多的器件如果在属性表里一个个地定义热阻、功耗等参数的话会非常 费时间。软件 Import 菜单里有 Import Properties 功能，可以导入制作好的 CSV 文件（可以包含属性表里所有可以输入的参数）来加快建模时间。 249 为了制作 CSV 文件，我们先将物体的属性导出。以芯片为例，选中所有的 芯片，并勾选 View Property Tables。此时在视图区下面会出现所选中的芯片 的属性表格，也就是将多个物体的属性用表格的形式列出来。 默认地，属性表格是中会列出所有的属性，在第一行上右键会出现一个菜 单，用于选择表格中显示哪些属性。先选择 Deselect All 取消全部选择，再勾选 Reference Designator 和 Thermal Design Power 两个属性。 250 随便选择一个数值然后按快捷键 Ctrl+A 选中所有值，点击右键，在右键菜 单中选择 Copy Values and Headers 复制表头和数值。 在电脑上新建一个 Excel 工作表，起一个名字，如 Component power。 251 将刚才复制的表头和属性粘贴，并输入每个芯片的功耗值。 Reference Designator Thermal Design Power W M3 (CONN_1, DUMMY_CONN) M3 0.1 M2 (CONN_1, DUMMY_CONN) M2 0.1 M1 (CONN_1, DUMMY_CONN) M1 0.1 D5 (1N4007_SMD, 1N4148_0_1N4007_SMD_1N4007) D5 0.08 D4 (1N4007_SMD, 1N4148_0_1N4007_SMD_1N4007) D4 0.08 D2 (1N4007_SMD, 1N4148_0_1N4007_SMD_1N4007) D2 0.08 D1 (1N4007_SMD, 1N4148_0_1N4007_SMD_1N4007) D1 0.08 C5 (CEL25, CAPACITOR POL_0_CEL25_100UF/400) C5 1.44 D6 (D-SMA_TOP, 1N4148_0_D-SMA_TOP_STTH1L06A) D6 0.01 D7 (D-SMA_GLUE, 1N4148_0_D-SMA_GLUE_STTH1L06A) D7 0.01 U3 (SLLIMM_NANO, 80C552/FP_1_SLLIMM_NANO_STGIPN3) U3 2.06 RT1 (SMR0805, PTC_SMR0805_NTC 10K) RT1 0 D3 (SOD-323, 1N4148_0_SOD-323_BAT48JFILM) D3 0 D10 (SOD-323, 1N4148_0_SOD-323_BAT48JFILM) D10 0 D8 (SMDO213A, BZX84C11/SOT_0_SMDO213A_BZV55C1) D8 0.01 D9 (LED3MM, F5F1_0_LED3MM_LED_GREEN) D9 0.04 D11 (LED3MM, F5F1_0_LED3MM_LED_YELLOW) D11 0.04 D12 (LED3MM, F5F1_0_LED3MM_LED_YELLOW) D12 0.04 F1 (FUSE_SMALL, FUS_0_FUSE_SMALL_2A) F1 0.05 J3 (MLW20G, CON2_3_MLW20G_JTAG) J3 0.15 SW4 (SOLD_JUMP_CLOSE, SW SLIDE-SPST_SOLD_JUMP_CLOSE_S) SW4 0.02 T1 (CM_CHOKE_7446, TRAN_ISDN_0_CM_CHOKE_7446_CM_CH) T1 2.28 TP1 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT 15V) TP1 0.01 TP2 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT 3.3) TP2 0.01 TP3 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT GND) TP3 0.01 252 TP4 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT C) TP4 0.01 TP5 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT CIN) TP5 0.01 TP6 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT SD) TP6 0.01 TP7 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT D_1) TP7 0.01 TP8 (TESTPOINT, T POINT S_TESTPOINT_T POINT D_2) TP8 0.01 U1 (SO-16, VIPER12AS_1_SO-16_VIPER16LD) U1 0.04 U2 (SOT89_123, L78XX_TO220_0_SOT89_123_L78L33A) U2 0.01 U4 (LQFP48, M74HC698/SO_3_LQFP48_STM32F100C) U4 0.03 VR1 (VARISTOR75MM, VARISTOR_0_VARISTOR75MM_592-275) VR1 0.04 Y1 (XTAL488MM, EFO-P_0_XTAL488MM_8MHZ) Y1 0.09 SW1 (BUTTON2, SW PUSHBUTTON_0_BUTTON2_USER) SW1 0 SW3 (JUMPER, SW SLIDE-SPST_JUMPER_NA) SW3 0.02 SW2 (JUMPER, SW SLIDE-SPST_JUMPER_NA) SW2 0.02 然后将 Excel 表保存成 CSV 格式。 利用同样的方法分别选中电阻和电容，并分别制作 CSV 文件，电阻功耗如 下： Reference Designator Thermal Design Power W R4 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_51K) R4 0.06 R6 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_13K) R6 0.06 R7 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_68K) R7 0.06 R8 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_7K5) R8 0.06 R9 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_3K3) R9 0.06 R38 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_NA) R38 0.06 R39 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_NA) R39 0.06 253 R40 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_NA) R40 0.06 R41 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_NA) R41 0.06 R42 (SMR0805TOP, R_0_SMR0805TOP_NA) R42 0.06 R3 (SMR0805, R_0_SMR0805_8K2) R3 0.05 R5 (SMR0805, R_0_SMR0805_120R) R5 0.05 R14 (SMR0805, R_0_SMR0805_NA) R14 0.05 R15 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K0) R15 0.05 R16 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K0) R16 0.05 R17 (SMR0805, R_0_SMR0805_18K) R17 0.05 R18 (SMR0805, R_0_SMR0805_4K7) R18 0.05 R19 (SMR0805, R_0_SMR0805_6K2) R19 0.05 R20 (SMR0805, R_0_SMR0805_6K2) R20 0.05 R21 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K) R21 0.05 R22 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K) R22 0.05 R23 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K0) R23 0.05 R25 (SMR0805, R_0_SMR0805_4K7) R25 0.05 R26 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R26 0.05 R27 (SMR0805, R_0_SMR0805_100R) R27 0.05 R28 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R28 0.05 R29 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R29 0.05 R30 (SMR0805, R_0_SMR0805_1M) R30 0.05 R31 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R31 0.05 R32 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R32 0.05 R33 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R33 0.05 R34 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R34 0.05 R35 (SMR0805, R_0_SMR0805_10K) R35 0.05 R36 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K6) R36 0.05 R37 (SMR0805, R_0_SMR0805_1K6) R37 0.05 R11 (SMR1206R11, R_0_SMR1206R11_1R6) R11 0.09 R10 (SMR1206R10, R_0_SMR1206R10_1R6) R10 0.09 R12 (SMR1206R12, R_0_SMR1206R12_1R6) R12 0.09 R1 (SMR1206R1, R_0_SMR1206R1_470K) R1 0.09 R2 (SMR1206R2, R_0_SMR1206R2_470K) R2 0.09 R13 (SMR1206R13, R_0_SMR1206R13_1R6) R13 0.09 R24 (TRIMER525, POT_R_S_TRIMER525_10K) R24 0.48 电容功耗如下： Reference Designator Thermal Design Power W C1 (Y_CAP_10MM, CNP_0_Y_CAP_10MM_4.7NF/Y2) C1 0.2 C6 (Y_CAP_10MM, CNP_0_Y_CAP_10MM_4.7NF/Y2) C6 0.2 C4 (X215MM-1, CNP_0_X215MM_330NF/X2) C4 0.43 C3 (X215MM, CNP_0_X215MM_220NF/X2) C3 0.44 C2 (X215MM, CNP_0_X215MM_330NF/X2) C2 0.44 C42 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C42 0.02 254 C40 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C40 0.02 C38 (SMR0805, C_0_SMR0805_30PF) C38 0.02 C37 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C37 0.02 C36 (SMR0805, C_0_SMR0805_30PF) C36 0.02 C35 (SMR0805, C_0_SMR0805_68NF) C35 0.02 C34 (SMR0805, C_0_SMR0805_22NF) C34 0.02 C33 (SMR0805, C_0_SMR0805_33PF) C33 0.02 C32 (SMR0805, C_0_SMR0805_100PF) C32 0.02 C31 (SMR0805, C_0_SMR0805_10NF) C31 0.02 C30 (SMR0805, C_0_SMR0805_2.2NF) C30 0.02 C19 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C19 0.02 C15 (SMR0805, C_0_SMR0805_47NF) C15 0.02 C13 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C13 0.02 C9 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C9 0.02 C8 (SMR0805, C_0_SMR0805_100NF) C8 0.02 C7 (SMR0805, C_0_SMR0805_10NF) C7 0.02 C10 (SMCELYT4X6, CAPACITOR POL_1_SMCELYT4X6_47UF) C10 0.07 C14 (SMCELYT4X6, CAPACITOR POL_1_SMCELYT4X6_22UF) C14 0.07 C24 (SMCELYT4X6, CAPACITOR POL_1_SMCELYT4X6_4.7U) C24 0.07 C39 (SMCELYT4X6, CAPACITOR POL_1_SMCELYT4X6_4._1) C39 0.07 C18 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF/50V) C18 0.04 C21 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C21 0.04 C22 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C22 0.04 C23 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C23 0.04 C25 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C25 0.04 C28 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C28 0.04 C29 (SMR1206TOP, C_0_SMR1206TOP_1UF) C29 0.04 C20 (SMCELYT8X10, CAPACITOR POL_2_SMCELYT8X10_100) C20 0.22 C41 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_NA) C41 0.02 C27 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_330PF) C27 0.02 C26 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_100NF) C26 0.02 C16 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_220NF) C16 0.02 C12 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_100NF) C12 0.02 C11 (SMR0805TOP, C_0_SMR0805TOP_100NF) C11 0.02 导入属性 点击 Import Import Properties，首先导入芯片功耗 CSV 文件。 255 在弹出的对话框中选择导入哪类物体的属性，选择 Component。 在Object Unique ID后选择与CSV文件中的Reference Designator列头匹配， 以确认器件的代号。 Thermal Design Power与CSV文件中的Thermal Design Power 列头匹配，以从该列中读取功耗信息。 256 点击下一步后，可以看到器件名称匹配情况无误。 点击下一步到最后一步点击 Finish 完成导入属性。 257 同样的步骤，导入电阻和电容的功耗。不同点在于电阻属性导入时 Object Type 需要选择 Resistor。 而电容属性导入时 Object Type 需要选择 Capacitor。 258 本例中我们只演示制作含功耗信息的 CSV 文件并导入，其实物体属性表中 可以输入或选择的属性都可以制作成 CSV 文件并导入，例如芯片如果使用双热 阻的定义方式，CSV 文件中可以新增两列含有 Jb 和 Jc 热阻值即可导入之，在此 不再展开叙述。 查看摘要 建模完成后查看摘要能够有效地避免功耗等关键信息出现误输入或遗漏， 点击 Home 菜单中的 Summary，模型总功耗为 12.92W。 259 设定 PCB 属性 选中PCB在其属性表中将Number Of Conductor Layers设置为2， 即两层板。 将 Conductor Planar Percentage 即每一层的含铜量设为 35.417%。可以看到，软件 会自动计算得到 PCB 整体的法向导热系数约 0.34，而平面内导热系数约 17.3。 Modelling Level 为 Simplified Average，即简化等级的 PCB，是不含各导电层详 细信息的。 调整 PCB 网格 对 PCB 上的网格适当加密一下，先选中 PCB 为其建立 Grid Control。 260 Grid Control 的属性里， 加密方式选择 Geometry Based， Construction 里勾选 Apply To Solid，Maximum Size In Solid 设置为 1mm。 点击生成网格，并查看网格效果如下图所示（网格切面调整见前面相关案 例）。 261 三. 开始计算并查看简化模型的结果 开始计算 环境温度保持为默认的 20 度不变，辐射参数也使用默认值，点击 Solve 按 钮开始进行计算。 当变量稳定、残差收敛后计算完成。 262 查看结果 加载 PCB 图层温度结果。 263 表面温度云图如下。 四. 建立详细等级的 PCB 前面建立的 PCB 是不含有走线信息的，通过 GERBER 文件我们可以导入 走线信息。导入 GERBER 时有两种选择： 1. 走线层（Conductor Layer）以图像形式导入。优