Падение постоянного напряжения и тепловой анализ

Моделирование падения напряжения и тепловое моделирование отвечают на два вопроса, которые встаёт у любого силового пути: видит ли нагрузка нужное напряжение и насколько нагревается плата. Оба запускаются за секунды, поэтому запускайте их свободно после каждого изменения топологии, затрагивающего силовой путь.

#Падение постоянного напряжения

name = "lna-dc"
kind = "dc"
layout = "lna"
cell = 0.05

[[supplies]]
pad = "D2.1"
voltage = "4.7V"

[[supplies]]
pad = "J3.2"
voltage = "0V"

[[loads]]
pad = "U1.3"
current = "90mA"
return = "U1.2"

[[links]]
ref = "L1"
resistance = "0.6ohm"

Решатель рассматривает медь каждого слоя как резистивный лист, переходные отверстия как гальванические стволы между слоями, которые они пересекают, удерживает контактные площадки питания на их напряжении и снимает ток каждой нагрузки на её площадке и возвращает его на её return. Он решает задачу для всей платы в двойной точности методом разреженного Холецкого.

Компоненты пропускают постоянный ток через [[links]]. Сопротивление резисторов берётся из схемы; для дросселей и ферритовых бус по умолчанию 0,1 Ом, поэтому задайте DCR из даташита, как выше. Всё остальное разомкнуто, если не связано. Связь соединяет площадки 1 и 2, если a и b не указывают другие, поэтому силовой ключ это { ref = "U5", resistance = "80mohm", a = "1", b = "6" }.

agentee sim lna-dc
agentee show sim:lna-dc

supply D2.1            4.7 V         sources 90.00 mA
load U1.3              4.645 V       90 mA, pad 4.6453 V, return 0.0000 V
peak current density   13.892 A/mm2  F.Cu at [16.15, 12.10]
via [12.55, 11.00]     5.575 mA      busiest vias

Этот расчёт занял две секунды. Карты показывают падение напряжения от источника каждого медного острова в мВ, плотность тока в А/мм2 и напряжение. Смотрите на карту плотности тока, чтобы найти узкие места: полигон, сжатый между двумя площадками, или одно переходное отверстие, несущее шину.

#Тепловой анализ

name = "lna-thermal"
kind = "thermal"
layout = "lna"
cell = 0.2
ambient = 25.0

[[sources]]
ref = "U1"
power = "0.45W"
theta_jc = 65.0
pads = ["2"]

[[sources]]
ref = "D2"
power = "30mW"

Установившийся режим теплопроводности через FR4 (0,8 Вт/мК в плоскости, 0,3 по толщине), медные листы и стволы переходных отверстий, с конвекцией с обеих сторон, решается на GPU методом сопряжённых градиентов с предварительным условием. Источник передаёт мощность в плату через свои площадки или только через указанные в pads, как тепловая площадка регулятора. theta_jc добавляет оценку температуры перехода к температуре площадки.

board peak     60.2 C   F.Cu at [13.00, 11.60]
U1 pads        60.2 C   0.45 W
U1 junction    89.4 C   pads + 0.45 W x 65 C/W
D2 pads        57.4 C   0.03 W

#Моделирование корпуса

h_top и h_bottom это коэффициенты конвекции каждой стороны, в Вт/м2К: 10 для неподвижного воздуха, 25 и выше с вентилятором. Сторона, прижатая к радиатору или базовой пластине через термопрокладку, имеет гораздо большее значение. Во втором тепловом расчёте LNA вся нижняя сторона прижата к базовой пластине 70 C через термопрокладку 1 мм, 3 Вт/мК:

name = "lna-thermal-chassis"
kind = "thermal"
layout = "lna"
ambient = 70.0
h_bottom = 3000.0

board peak     76.8 C
U1 pads        76.8 C   0.45 W
U1 junction    106.0 C

SPF5189Z рассчитан на температуру выводов 85 C, поэтому этот расчёт показывает, работает ли конструкция в её корпусе. Запишите это обоснование в description моделирования, как в примере: следующий человек или следующая сессия агента прочитает его там.

#Когда запускать

• После размещения регулятора, усилителя или любого компонента с рассеиванием более четверти ватта. Размещатель читает тепловые модели топологии и держит источники с рассеиванием 0,25 Вт и выше на расстоянии друг от друга.
• После трассировки шины, чтобы поймать узкое место до того, как оно станет горячей точкой.
• Перед заказом, с реальным корпусом.

Результаты устаревают, когда меняется спецификация или медь, и проверка сообщает об этом.