PCB仿真培训课程体系（选修）

目录

专题一：PCB设计与仿真基础入门

专题二：电路原理图设计与仿真

专题三：信号完整性分析

专题四：电源完整性分析

专题五：电磁兼容与 EMI 仿真

专题六：热分析与电热耦合仿真

专题七：PCB 可靠性分析与寿命预测

专题八：可制造性设计分析

专题九：高速 PCB 设计与仿真

专题十：多物理场协同仿真

专题一：PCB设计与仿真基础入门

培训对象：面向电子工程、电子信息工程等专业的在校学生，初入行的PCB设计人员，以及希望系统掌握EDA工具的硬件工程师。适合零基础或仅具备基本电路知识的学习者。

培训目标：使学员理解PCB设计与仿真的基本概念与完整流程，熟练掌握主流EDA软件的操作界面与基本功能，能够独立完成简单电路的原理图绘制、PCB布局布线及基础仿真验证，为后续专业仿真学习奠定基础。

培训内容：

1. PCB设计与仿真技术概论：从原理图到产品的完整研发流程

2. 主流EDA软件介绍：Altium Designer、Cadence、PADS等工具的特点与选择

3. 软件安装与环境配置：工作空间设置与个性化定制

4. 原理图设计基础：元件库调用、导线连接与网络标签使用

5. 原理图编译与电气规则检查：常见错误排查与修正

6. SPICE仿真基础：电路仿真原理与仿真参数设置

7. 简单模拟电路仿真：放大器、滤波器等电路的时域/频域分析

8. PCB设计前置准备：板层设置、设计规则与过孔类型定义

9. PCB布局基础：元件分区、布局原则与手工优化

10. PCB布线基础：手动布线、自动布线策略与调整技巧

11. 设计规则检查：间距、线宽、过孔等规则验证与修正

12. Gerber文件输出：生产文件生成与CAM350基础检查

13. 元件封装库设计：自定义封装创建与库管理

14. 设计文档输出：物料清单、装配图与生产文档生成

15. 基础仿真验证：设计后简单信号完整性检查

16. 企业级实战：某单片机最小系统从原理图到Gerber全流程设计

专题二：电路原理图设计与仿真

培训对象：面向需要深入掌握电路仿真技术的硬件设计人员，模拟电路设计工程师，以及希望提升电路分析能力的PCB设计人员。建议具备电路理论基础。

培训目标：使学员系统掌握基于SPICE的电路仿真方法与技巧，能够对模拟电路、数字电路及混合信号电路进行直流、交流、瞬态及参数扫描分析，具备电路性能预评估与设计优化能力。

培训内容：

1. SPICE仿真原理：电路方程的建立与数值求解方法

2. 仿真元件模型：无源元件、半导体器件与集成芯片模型库

3. 直流工作点分析：静态工作点计算与直流扫描特性

4. 交流小信号分析：频率响应、幅频特性与相频特性

5. 瞬态分析：时域响应、上升时间与过冲测量

6. 参数扫描分析：元件参数变化对电路性能的影响

7. 蒙特卡洛分析：考虑元器件容差的电路统计特性

8. 温度特性分析：温度变化对电路性能的影响仿真

9. 噪声分析：电路本底噪声与信噪比评估

10. 傅里叶分析：频谱特性与谐波失真计算

11. 数字电路仿真：逻辑门时序与状态转换分析

12. 模数混合电路仿真：ADC/DAC接口电路联合仿真

13. 传感器接口电路仿真：信号调理电路设计与验证

14. 电源电路仿真：线性稳压器与开关电源基础分析

15. 振荡器电路仿真：起振条件与频率稳定性分析

16. 企业级实战：某精密仪表放大器电路全参数仿真与优化

专题三：信号完整性分析

培训对象：面向从事高速数字电路设计的硬件工程师，信号完整性工程师，以及需要解决信号质量问题的高级PCB设计人员。建议具备传输线理论和电磁场基础知识。

培训目标：使学员深入理解信号完整性问题的物理本质，掌握SI仿真分析的核心方法与工具操作，能够对高速信号链路进行阻抗匹配、反射分析、串扰评估及眼图分析，具备高速PCB信号质量保障能力。

培训内容：

1. 信号完整性基础理论：传输线、特性阻抗与信号反射

2. 信号完整性问题类型：反射、串扰、振铃与时序抖动

3. PCB叠层结构与阻抗控制：层叠设计与阻抗计算

4. 传输线模型建立：微带线、带状线的参数提取

5. 反射仿真分析：源端匹配与终端匹配策略优化

6. 串扰仿真分析：平行走线间距优化与屏蔽设计

7. S参数提取与分析：高速通道的频域特性表征

8. 时域反射计仿真：TDR曲线解读与阻抗不连续定位

9. 眼图分析：高速数字信号质量评估与裕量计算

10. 时序分析：信号延迟与时钟偏差仿真

11. 过孔建模与优化：过孔残桩对信号完整性的影响

12. 差分信号仿真：差分对布线规则与共模噪声分析

13. 端接策略仿真：串行端接与并行端接效果对比

14. 预加重与均衡技术：高速链路补偿技术仿真

15. 通道一致性仿真：USB、PCIe等高速接口信号验证

16. 企业级实战：某DDR3/DDR4内存接口信号完整性全通道仿真

专题四：电源完整性分析

培训对象：面向电源分配网络设计工程师，高速数字电路电源设计人员，以及需要解决电源噪声问题的硬件工程师。建议具备电路分析和电磁场基础知识。

培训目标：使学员系统掌握电源完整性问题的分析方法与仿真技术，能够对PCB的电源分配网络进行直流压降分析、交流阻抗分析及去耦电容优化设计，确保芯片获得稳定纯净的电源供应。

培训内容：

1. 电源完整性基础理论：电源分配网络组成与目标阻抗

2. 直流压降分析：IR Drop仿真与电源网络载流能力评估

3. 电流密度分析：过孔与走线的载流瓶颈识别

4. 电源阻抗分析：PDN交流阻抗频率特性计算

5. 目标阻抗设计方法：基于目标阻抗的去耦网络设计

6. 去耦电容特性：电容频率特性、寄生参数与安装电感

7. 电容选型与布局优化：不同容值电容的配合使用策略

8. 电源平面谐振分析：平面谐振模式与反谐振点识别

9. 同步开关噪声仿真：SSN产生机理与抑制方法

10. 电源噪声传播分析：噪声在平面间的耦合路径

11. 电源分割与跨分割分析：不同电源区域的处理

12. 电容SPICE模型应用：精确电容建模与仿真

13. 频域阻抗优化：基于仿真结果的电容布局迭代

14. 时域电源噪声分析：动态电流负载下的电压波动

15. 电源完整性与信号完整性关联：电源噪声对信号的影响

16. 企业级实战：某FPGA多电压域电源分配网络设计与优化

专题五：电磁兼容与 EMI 仿真

培训对象：面向电磁兼容工程师，电子产品认证测试人员，以及需要解决产品电磁干扰问题的硬件设计人员。建议具备电磁场理论基础。

培训目标：使学员掌握电磁兼容基本理论与EMI仿真分析方法，能够识别PCB设计中的电磁辐射源与耦合路径，通过仿真优化布局布线、屏蔽与滤波设计，提升产品的电磁兼容性能。

培训内容：

1. 电磁兼容基础理论：EMI三要素（源、路径、敏感体）

2. 电磁干扰类型：共模干扰与差模干扰的产生机理

3. PCB辐射机理：差模辐射与共模辐射模型

4. 近场与远场仿真：电磁场分布与辐射方向图分析

5. 天线效应识别：不连续结构与过长走线的天线行为

6. 屏蔽设计仿真：屏蔽罩结构与接地处理效果评估

7. 滤波设计仿真：EMI滤波器插入损耗与匹配特性

8. 接地技术仿真：单点接地与多点接地效果对比

9. 层叠与参考平面：完整参考平面对EMI的抑制效果

10. 过孔与换层影响：信号换层引起的EMI问题仿真

11. 高速时钟线处理：时钟布线规则与辐射抑制

12. I/O接口处理：接口滤波与防护电路设计验证

13. 静电放电防护：ESD路径分析与防护器件布局

14. 传导发射仿真：电源端口的传导干扰分析

15. 辐射发射标准符合性预评估：CISPR/FCC标准限值比对

16. 企业级实战：某工业控制板EMI问题诊断与整改优化

专题六：热分析与电热耦合仿真

培训对象：面向热设计工程师，大功率电子产品设计人员，以及需要评估PCB热可靠性的硬件工程师。建议具备传热学基础知识。

培训目标：使学员掌握PCB热分析的基本方法与电热耦合仿真技术，能够对PCB进行稳态与瞬态温度场仿真，评估关键器件的结温与热应力，并通过电热协同仿真优化散热设计。

培训内容：

1. 传热学基础：热传导、热对流与热辐射三种传热方式

2. PCB热特性参数：导热系数、热容与热阻网络

3. 器件热模型：双热阻模型与详细封装模型的选择

4. 稳态热分析：恒定功耗下的温度场分布计算

5. 瞬态热分析：脉冲功率下的温度响应与热时间常数

6. 对流边界设置：自然对流与强制对流散热仿真

7. 热辐射仿真：辐射视角因子与热辐射贡献评估

8. 焦耳热效应：电流引起的PCB走线发热仿真

9. 电-热双向耦合：温度对电阻率的影响与自热效应

10. PCB导热增强设计：导热过孔与散热铜皮优化

11. 散热器设计与选型：散热器热阻与安装效果仿真

12. 多器件热耦合：邻近器件的热影响分析

13. 环境温度影响：不同工作环境下的温升评估

14. 热应力基础：温度场导入结构分析计算热变形

15. 热可靠性评估：热循环下的疲劳寿命预测

16. 企业级实战：某大功率电源模块电-热耦合仿真与散热优化

专题七：PCB 可靠性分析与寿命预测

培训对象：面向可靠性工程师，产品寿命测试人员，以及需要评估电子产品长期可靠性的硬件设计人员。建议具备材料力学与热分析基础知识。

培训目标：使学员掌握基于仿真手段的PCB可靠性分析方法，能够对PCB进行热循环疲劳分析、振动可靠性评估及寿命预测，理解并应用Ansys Sherlock等专用工具进行PCBA失效风险评估。

培训内容：

1. PCB可靠性基础：失效模式与失效机理概述

2. Ansys Sherlock软件架构：ECAD导入与可靠性分析流程

3. 叠层结构与材料定义：PCB层压结构、铜箔与阻焊参数

4. 器件模型映射：封装类型识别与材料属性匹配

5. 热循环疲劳分析：温度循环条件下的焊点疲劳寿命预测

6. 功率循环分析：器件开关引起的周期性热应力评估

7. 机械振动可靠性：随机振动条件下的焊点失效风险

8. 机械冲击可靠性：跌落与冲击载荷下的PCB响应

9. 热-机械耦合分析：从温度场到结构应力的传递

10. 失效物理模型：Coffin-Manson、Norris-Landzberg等模型应用

11. 寿命分布与Weibull分析：失效概率与可靠性指标

12. 加速因子计算：基于加速寿命试验的寿命推断

13. 薄弱环节识别：热图与应力分布识别高风险区域

14. 设计迭代优化：基于仿真结果的可靠性改进

15. Sherlock与Mechanical集成：详细结构分析流程

16. 企业级实战：某车载电子控制器热循环与振动联合可靠性分析

专题八：可制造性设计分析

培训对象：面向PCB工艺工程师，DFM设计人员，以及希望提升产品可制造性的硬件设计人员。建议具备PCB制造工艺基础知识。

培训目标：使学员掌握可制造性设计的基本原理与DFM仿真分析方法，能够在设计阶段识别并规避制造工艺风险，优化焊盘设计、阻焊开窗、过孔工艺等，提升产品良率与生产效率。

培训内容：

1. 可制造性设计概论：DFM在产品开发中的价值与意义

2. PCB制造工艺流程：从基板加工到表面处理的完整过程

3. DFM规则体系：行业标准与企业定制规则的建立

4. 焊盘设计可制造性：焊盘尺寸、间距与阻焊开窗优化

5. 阻焊与字符工艺：阻焊桥设计、字符可读性验证

6. 过孔可制造性：过孔孔径、环宽与塞孔工艺要求

7. 走线可制造性：线宽线距与铜箔平衡度检查

8. 板材利用率分析：拼版设计与工艺边添加优化

9. 元件间距检查：回流焊阴影效应与装配干涉

10. 热设计对可制造性的影响：大面积铜箔平衡与散热

11. 测试点设计：飞针测试与治具测试的可及性验证

12. 拼版与Mark点设计：拼版方式选择与光学定位点设置

13. 回流焊工艺仿真：温度曲线与焊接缺陷预判

14. 波峰焊工艺仿真：阴影区分析与托盘设计优化

15. DFM报告解读与设计修改：自动检查报告的问题分级

16. 企业级实战：某高密度互连HDI板全流程DFM分析与优化

专题九：高速 PCB 设计与仿真

培训对象：面向从事高速数字电路设计的高级硬件工程师，通信产品设计人员，以及需要处理Gbps级信号传输的PCB设计专家。建议具备信号完整性与电磁兼容基础。

培训目标：使学员掌握高速PCB设计的完整方法论与先进仿真技术，能够应对10Gbps以上高速信号的挑战，熟练运用通道仿真、一致性测试及设计优化技术，满足服务器、交换机等高端产品设计需求。

培训内容：

1. 高速电路设计概论：信号速率提升带来的设计挑战

2. 高速通道设计方法：发送端-通道-接收端完整链路建模

3. IBIS模型应用：IBIS与IBIS-AMI模型原理与使用

4. 高速连接器建模：连接器S参数提取与优化

5. 背板设计技术：背板拓扑结构与信号完整性

6. 串行解串器通道仿真：PCIe、SATA、USB等协议通道验证

7. 并行总线设计：DDR总线拓扑与时序约束仿真

8. 时钟分配网络：时钟抖动与偏差分析与优化

9. 等长设计与时序匹配：蛇形走线设计与仿真验证

10. 阻抗突变补偿：过孔背钻与残桩消除技术

11. 材料选择与损耗控制：低损耗板材与铜箔粗糙度影响

12. 眼图闭合原因诊断：符号间干扰与噪声分离

13. 均衡器效果仿真：CTLE、DFE等均衡技术的效果评估

14. 抖动分析：随机抖动与确定性抖动的分离与预算

15. 协议一致性预测试：基于标准规范的电气特性验证

16. 企业级实战：某25Gbps高速背板通道全链路仿真与优化

专题十：多物理场协同仿真

培训对象：面向从事复杂电子产品研发的系统级仿真工程师，以及需要综合考虑电、热、力多场耦合效应的高级研发人员。建议具备两个以上物理场的仿真基础。

培训目标：使学员掌握多物理场协同仿真的方法与流程，能够在统一平台上整合信号完整性、电源完整性、热分析与结构可靠性仿真，实现PCB产品的系统级性能评估与协同优化。

培训内容：

1. 多物理场耦合概论：PCB中电-热-力的相互作用机制

2. 协同仿真平台搭建：ANSYS Workbench等平台的多场集成

3. ECAD数据跨场传递：从PCB布局到多物理场模型的转换

4. 电-热协同仿真：焦耳热与器件功耗引起的温升计算

5. 热-结构协同仿真：温度场导入计算热应力与变形

6. 电-磁-热协同：高频损耗引起的发热与温升评估

7. 电-热-可靠性串联：从电性能到寿命预测的完整链条

8. 降阶模型应用：复杂模型的简化与快速迭代

9. 参数化建模与优化：多物理场约束下的设计变量优化

10. 场路协同仿真：电路行为与分布参数场的联合求解

11. 电磁-热-流耦合：自然对流与强制对流散热综合分析

12. 多场结果联合后处理：温度场与应力场的叠加显示

13. 灵敏度分析：识别影响多场性能的关键设计参数

14. 多目标优化：信号质量、散热能力与可靠性的权衡

15. 仿真与测试关联：多物理场仿真结果的实测验证方法

16. 企业级实战：某5G基站功放模块电-热-力-可靠性四场协同分析

课程体系设计说明：

本选修课程体系以PCB仿真核心应用领域为划分维度，涵盖基础入门、电路仿真、信号完整性、电源完整性、电磁兼容、热分析、可靠性分析、可制造性设计、高速设计及多物理场协同十大专题。每个专题均结合企业真实研发场景设计，遵循从基础理论到工程应用的递进式学习路径。课程内容融入行业典型工程案例，确保学员学完即具备相应领域的独立仿真能力，满足通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天等产业对PCB仿真人才的专业需求。