CN104424374A - 电路板的热仿真模型的标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电路板的热仿真模型的标定方法，包括：提供电路板并建立电路板的热仿真模型；根据设定的测试环境对电路板进行热性能测试以得到电路板的温度云图；根据测试环境对热仿真模型进行热仿真以得到热仿真模型的温度云图，并在热仿真过程中，对热仿真模型的功耗值进行调整直至热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值；根据测试环境和当前热仿真模型的功耗值对热仿真模型进行标定。根据本发明实施例的方法可以使热仿真模型的仿真结果更加真实，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，提高电路板的开发效率。本发明还提出了一种电路板的热仿真模型的标定系统。

Description

电路板的热仿真模型的标定方法及系统

技术领域

本发明涉及电路板设计技术领域，特别涉及一种电路板的热仿真模型的标定方法及系统。

背景技术

与其它电子行业相比，对于汽车电子来说，其电路板等可靠性设计是设计过程中需要考虑的一个主要方面。这主要是因为汽车与人的安全紧密相连，如果电子设备在娱乐系统出了故障，可能不会对人的生命带来威胁，而如果电子设备在汽车控制系统出了故障，那么人的生命将岌岌可危了。作为电子设备内部电子元件的主要载体——PCB（电路板），它的可靠性设计对与系统的可靠性、安全性，可以说是至关重要的。

为了保证设计的PCB板具有高质量和高可靠性，设计者通常要对PCB板进行机械可靠性分析、EMC分析、热分析。为了提高产品的竞争力，缩短开发周期，节约成本是产品的生存之路。然而影响产品的可靠性因素有很多，就热性能方面来说，通常要需要经过数周、数月或者更长时间的温度循环试验和耐久试验才能发现，因此这样的开发方式耗时耗力。然而结合现代的先进仿真技术，通过热仿真在样机生产之前对产品进行合理的热设计和热性能优化，不仅可以节约开发时间和费用，还可以仿真产品在一些更恶劣的环境下的性能变化。

然而，在对PCB进行热仿真分析中，热模型通常会IC供应商提供，但是模型的重要参数之一功耗，则是由设计人员给出的，通常他会小于IC供应商提供的功耗值，是设计人员计算的理论值、经验值，这对热仿真分析的精度和准确性都有影响，有可能使仿真数据偏离对实际的指导意义。

专利号为200710036279.9的发明中提出了一种PCB设计中的散热设计方法，针对主要热损耗元件，对PCB的铜箔铺设、工艺要求、层叠结构进行设计，使芯片在所述PCB上工作时能保持正常工作温度，并没有涉及元件的热损耗是如何得到的，可以说只是单一的元件热设计而不是整板的PCB设计。

综上，目前的热仿真模型的功耗值大多数是工程师的经验值，这对仿真的准确性和对实际的指导作用将会产生影响，尤其是对于刚刚采用热仿真技术的产品设计，可能很难达到预期的效果。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电路板的热仿真模型的标定方法。该方法可以使热仿真模型的仿真结果更为真实可信，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，缩短电路板的开发周期，提高电路板的开发效率。

本发明的另一目的在于提出一种电路板的热仿真模型的标定系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电路板的热仿真模型的标定方法，包括以下步骤：提供电路板并建立所述电路板的热仿真模型；根据设定的测试环境对所述电路板进行热性能测试以得到所述电路板的温度云图；根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，并在所述热仿真过程中，对所述热仿真模型的功耗值进行调整直至所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值；以及根据所述测试环境和当前热仿真模型的功耗值对所述热仿真模型进行标定。

根据本发明实施例的电路板的热仿真模型的标定方法，采用仿真与测试试验相结合的方式对热仿真模型的主要参数功耗进行标定，从而提高了热仿真模型的准确性，增强了仿真结果的可信性，从而根据可信的仿真结果，有利于对电路板进行优化设计，提高电路板的可靠性。而且标定的热仿真模型可以继续应用于其他的类似的电路板的设计中，还可作为对后续项目开发的参考，有利于对刚刚引进热仿真的项目开发，以及项目的初步热仿真开展，本发明实施例的方法可以使热仿真模型的仿真结果更接近实际，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，缩短电路板的开发周期，提高电路板的开发效率。

另外，根据本发明上述实施例的电路板的热仿真模型的标定方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，进一步包括：将所述热仿真模型的仿真环境配置为与所述测试环境一致；在配置后的仿真环境中对所述热仿真模型进行测试以得到所述热仿真模型的温度云图。

在一些示例中，所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图通过如下方式得到：采用红外热像仪采集所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图。

在一些示例中，其中，当所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图相同或者所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足所述预设条件。

在一些示例中，还包括：通过改变所述测试环境的方式标定所述热仿真模型在不同仿真环境下的功耗值。

本发明第二方面的实施例提供了一种电路板的热仿真模型的标定系统，包括：热仿真模型建立模块，用于建立电路板的热仿真模型；电路板测试模块，用于根据设定的测试环境对所述电路板进行热性能测试以得到所述电路板的温度云图；热仿真模型测试模块，用于根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，并在所述热仿真过程中，对所述热仿真模型的功耗值进行调整直至所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值；以及标定模块，用于根据所述测试环境和当前热仿真模型的功耗值对所述热仿真模型进行标定。

根据本发明实施例的电路板的热仿真模型的标定系统，采用仿真与测试试验相结合的方式对热仿真模型的主要参数功耗进行标定，从而提高了热仿真模型的准确性，增强了仿真结果的可信性，从而根据可信的仿真结果，有利于对电路板进行优化设计，提高电路板的可靠性。而且标定的热仿真模型可以继续应用于其他的类似的电路板的设计中，还可作为对后续项目开发的参考，有利于对刚刚引进热仿真的项目开发，以及项目的初步热仿真开展，本发明实施例的系统可以使热仿真模型的仿真结果更接近实际，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，缩短电路板的开发周期，提高电路板的开发效率。

另外，根据本发明上述实施例的电路板的热仿真模型的标定系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述热仿真模型测试模块通过将所述热仿真模型的仿真环境配置为与所述测试环境一致，并在配置后的仿真环境中对所述热仿真模型进行测试以得到所述热仿真模型的温度云图。

在一些示例中，所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图通过采用红外热像仪采集得到。

在一些示例中，其中，当所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图相同或者所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足所述预设条件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电路板的热仿真模型的标定方法的流程图；以及

图2是根据本发明一个实施例电路板的热仿真模型的标定系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电路板的热仿真模型的标定方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的电路板的热仿真模型的标定方法。如图1所示，根据本发明一个实施例的电路板的热仿真模型的标定方法，包括如下步骤：

步骤S101：提供电路板并建立电路板的热仿真模型。

其中，电路板例如为现有的PCB电路板，在PCB电路板上设置有电子元器件，如功率放大器、比较器等。对该PCB电路板进行建模，即建立该PCB电路板的热仿真模型。

步骤S102：根据设定的测试环境对电路板进行热性能测试以得到电路板的温度云图（例如电子元器件等的温度分布云图）。

作为一个具体的例子，例如对上述的PCB电路板进行热测试过程中，记录工况状态，其中工况状态包括测试环境的环境参数等数据，以及对PCB电路板测试过程中的诸如各个电子元器件的温度变化和功耗等数据，从而可根据各个电子元器件的温度变化情况得到电路板的温度云图，即温度分布云图。

步骤S103：根据测试环境对热仿真模型进行热仿真以得到热仿真模型的温度云图，并在热仿真过程中，对热仿真模型的功耗值进行调整直至热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值。

其中，当热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图相同或者热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件。也就是说，在对热仿真模型进行热仿真（即测试）过程中，通过对热仿真模型的功耗值进行不断地调整，可以使对热仿真模型仿真测试得到的热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图的图形一致，或者两者的图形之间的差异较小（即在误差允许范围之内，可由技术人员根据经验判断），此时，认为热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件。

在本发明的一个实施例中，根据测试环境对热仿真模型进行热仿真以得到热仿真模型的温度云图，进一步包括：

（1）将热仿真模型的仿真环境配置为与测试环境一致。

（2）在配置后的仿真环境中对热仿真模型进行测试以得到热仿真模型的温度云图。

也就是说，本发明实施例的方法对诸如在对PCB电路板进行仿真测试的前提为使对热仿真模型进行方式测试的仿真环境应该与上述的测试环境一致，例如将仿真环境下的仿真环境参数设置为与上述的测试环境的环境参数一致等，即仿真环境配置要与测试环境相同。接着，通过修改热仿真模型的运行时的诸如各个仿真电子元器件的功耗参数（即功耗值）得到与上述对PCB电路板进行测试（诸如通过试验进行测试）得到的电路板的温度云图相同或者相近的云图（即热仿真模型的温度云图）之后，此时的热仿真模型的功耗值便是在此工况（即上述的测试环境，也即上述的仿真环境）下比较准确的功耗值（即当前热仿真模型的功耗值）。

步骤S104：根据测试环境和当前热仿真模型的功耗值对热仿真模型进行标定。

需要说明的是，上述的对热仿真模型进行标定为在上述特定的环境参数下（即特定的仿真环境，其中，不同的仿真环境中对应不同的环境参数）进行的标定，其可以反映出的是在上述的特定仿真环境（即上述特定的工况下）该电路板的性能。

进一步地，通过上述实施例可知，可通过改变测试环境的方式标定热仿真模型在不同仿真环境下的功耗值，由此，通过改变测试环境得到的对热仿真模型进行的标定，可以反映出的是电路板在不同工况下该电路板的性能。

如上所述，在电路板的热仿真中，除了环境（仿真环境）设置要与实际工况（测试环境）相符合，电子元器件的功耗参数（功耗值）对于仿真结果的可靠性也很重要，采用经验值或者参考IC供应商的数据手册得到的理论值，有可能会使仿真结果有很大的偏差，而通过本发明实施例的方法得到的电子元器件的功耗值更加准确，首先完成电路板的初步设计并且制板（如果有相似的电路板也可以），然后进行工况设定，并对电路板进行温度试验，记录环境参数和电路板的温度云图，其中，上述的电路板的温度云图和/或热仿真模型的温度云图通过如下方式得到：即采用红外热像仪采集电路板的温度云图和/或热仿真模型的温度云图。也就是说，温度云图可以通过红外热像仪采集得到。最后，对整个电路板包括板上的电子元器件进行建模并通过热仿真软件等进行仿真（其中，电路板的热仿真封装模型是可以通过IC供应商得到），设定与上述对电路板进行测试相同的环境条件，通过与测试得到的电路板的温度云图的对比，反复调整功耗参数（即功耗值），当仿真得到的热仿真模型的温度云图与上述的电路板的温度云图相一致或者接近一致时，根据此时的功耗标值进行标定。

根据本发明实施例的电路板的热仿真模型的标定方法，采用仿真与测试试验相结合的方式对热仿真模型的主要参数功耗进行标定，从而提高了热仿真模型的准确性，增强了仿真结果的可信性，从而根据可信的仿真结果，有利于对电路板进行优化设计，提高电路板的可靠性。而且标定的热仿真模型可以继续应用于其他的类似的电路板的设计中，还可作为对后续项目开发的参考，有利于对刚刚引进热仿真的项目开发，以及项目的初步热仿真开展，本发明实施例的方法可以使热仿真模型的仿真结果更接近实际，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，缩短电路板的开发周期，提高电路板的开发效率。

图2是根据本发明一个实施例的电路板的热仿真模型的标定系统的示意图。如图2所示，根据本发明一个实施例的电路板的热仿真模型的标定系统200，包括：热仿真模型建立模块210、电路板测试模块220、热仿真模型测试模块230和标定模块240。

其中，热仿真模型建立模块210用于建立电路板的热仿真模型。电路板测试模块220用于根据设定的测试环境对电路板进行热性能测试以得到电路板的温度云图（例如电子元器件等的温度分布云图）。热仿真模型测试模块230用于根据测试环境对热仿真模型进行热仿真以得到热仿真模型的温度云图，并在热仿真过程中，对热仿真模型的功耗值进行调整直至热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值。标定模块240用于根据测试环境和当前热仿真模型的功耗值对热仿真模型进行标定。

具体地说，电路板例如为现有的PCB电路板，在PCB电路板上设置有电子元器件，如功率放大器、比较器等。对该PCB电路板进行建模，即建立该PCB电路板的热仿真模型。

对上述的PCB电路板进行热测试过程中，记录工况状态，其中工况状态包括测试环境的环境参数等数据，以及对PCB电路板测试过程中的诸如各个电子元器件的温度变化和功耗等数据，从而可根据各个电子元器件的温度变化情况得到电路板的温度云图，即温度分布云图。

当热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图相同或者热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件。也就是说，在对热仿真模型进行热仿真（即测试）过程中，通过对热仿真模型的功耗值进行不断地调整，可以使对热仿真模型仿真测试得到的热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图的图形一致，或者两者的图形之间的差异较小（即在误差允许范围之内，可由技术人员根据经验判断），此时，认为热仿真模型的温度云图与电路板的温度云图满足预设条件。

在本发明的一个实施例中，热仿真模型测试模块230通过将热仿真模型的仿真环境配置为与测试环境一致，并在配置后的仿真环境中对热仿真模型进行测试以得到热仿真模型的温度云图。也就是说，本发明实施例的系统200对诸如在对PCB电路板进行仿真测试的前提为使对热仿真模型进行方式测试的仿真环境应该与上述的测试环境一致，例如将仿真环境下的仿真环境参数设置为与上述的测试环境的环境参数一致等，即仿真环境配置要与测试环境相同。接着，通过修改热仿真模型的运行时的诸如各个仿真电子元器件的功耗参数（即功耗值）得到与上述对PCB电路板进行测试（诸如通过试验进行测试）得到的电路板的温度云图相同或者相近的云图（即热仿真模型的温度云图）之后，此时的热仿真模型的功耗值便是在此工况（即上述的测试环境，也即上述的仿真环境）下比较准确的功耗值（即当前热仿真模型的功耗值）。

需要说明的是，上述的对热仿真模型进行标定为在上述特定的环境参数下（即特定的仿真环境，其中，不同的仿真环境中对应不同的环境参数）进行的标定，其可以反映出的是在上述的特定仿真环境（即上述特定的工况下）该电路板的性能。

进一步地，通过上述实施例可知，可通过改变测试环境的方式标定热仿真模型在不同仿真环境下的功耗值，由此，通过改变测试环境得到的对热仿真模型进行的标定，可以反映出的是电路板在不同工况下该电路板的性能。

如上所述，在电路板的热仿真中，除了环境（仿真环境）设置要与实际工况（测试环境）相符合，电子元器件的功耗参数（功耗值）对于仿真结果的可靠性也很重要，采用经验值或者参考IC供应商的数据手册得到的理论值，有可能会使仿真结果有很大的偏差，而通过本发明实施例的方法得到的电子元器件的功耗值更加准确，首先完成电路板的初步设计并且制板（如果有相似的电路板也可以），然后进行工况设定，并对电路板进行温度试验，记录环境参数和电路板的温度云图，其中，上述的电路板的温度云图和/或热仿真模型的温度云图通过如下方式得到：即采用红外热像仪采集电路板的温度云图和/或热仿真模型的温度云图。也就是说，温度云图可以通过红外热像仪采集得到。最后，对整个电路板包括板上的电子元器件进行建模并通过热仿真软件等进行仿真（其中，电路板的热仿真封装模型是可以通过IC供应商得到），设定与上述对电路板进行测试相同的环境条件，通过与测试得到的电路板的温度云图的对比，反复调整功耗参数（即功耗值），当仿真得到的热仿真模型的温度云图与上述的电路板的温度云图相一致或者接近一致时，根据此时的功耗标值进行标定。

根据本发明实施例的电路板的热仿真模型的标定系统，采用仿真与测试试验相结合的方式对热仿真模型的主要参数功耗进行标定，从而提高了热仿真模型的准确性，增强了仿真结果的可信性，从而根据可信的仿真结果，有利于对电路板进行优化设计，提高电路板的可靠性。而且标定的热仿真模型可以继续应用于其他的类似的电路板的设计中，还可作为对后续项目开发的参考，有利于对刚刚引进热仿真的项目开发，以及项目的初步热仿真开展，本发明实施例的系统可以使热仿真模型的仿真结果更接近实际，反映出更为真实的电路板性能，从而对电路板的优化起到指导作用，缩短电路板的开发周期，提高电路板的开发效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种电路板的热仿真模型的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供电路板并建立所述电路板的热仿真模型；

根据设定的测试环境对所述电路板进行热性能测试以得到所述电路板的温度云图；

根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，并在所述热仿真过程中，对所述热仿真模型的功耗值进行调整直至所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值；以及

根据所述测试环境和当前热仿真模型的功耗值对所述热仿真模型进行标定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，进一步包括：

将所述热仿真模型的仿真环境配置为与所述测试环境一致；

在配置后的仿真环境中对所述热仿真模型进行测试以得到所述热仿真模型的温度云图。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图通过如下方式得到：

采用红外热像仪采集所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，当所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图相同或者所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足所述预设条件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

通过改变所述测试环境的方式标定所述热仿真模型在不同仿真环境下的功耗值。

6.一种电路板的热仿真模型的标定系统，其特征在于，包括：

热仿真模型建立模块，用于建立电路板的热仿真模型；

电路板测试模块，用于根据设定的测试环境对所述电路板进行热性能测试以得到所述电路板的温度云图；

热仿真模型测试模块，用于根据所述测试环境对所述热仿真模型进行热仿真以得到所述热仿真模型的温度云图，并在所述热仿真过程中，对所述热仿真模型的功耗值进行调整直至所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足预设条件后，得到当前热仿真模型的功耗值；以及

标定模块，用于根据所述测试环境和当前热仿真模型的功耗值对所述热仿真模型进行标定。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热仿真模型测试模块通过将所述热仿真模型的仿真环境配置为与所述测试环境一致，并在配置后的仿真环境中对所述热仿真模型进行测试以得到所述热仿真模型的温度云图。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述电路板的温度云图和/或所述热仿真模型的温度云图通过采用红外热像仪采集得到。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其中，当所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图相同或者所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图之间的图形差异小于预定误差时，判定所述热仿真模型的温度云图与所述电路板的温度云图满足所述预设条件。