一種印制電路板仿真方法、系統及存儲介質與流程

本發明涉及電路板仿真，尤其涉及一種印制電路板仿真方法、系統及存儲介質。

背景技術：

1、隨著電子產品的迅速發展，印刷電路板（pcb）作為其核心組件，其設計與優化的復雜性日益增加。傳統的pcb設計與仿真方法主要依賴于手動輸入參數和計算，導致時間消耗大、準確性不足，并且難以滿足高頻信號傳輸的需求。pcb設計過程通常包括電路原理圖設計、布局設計以及后續的仿真與驗證，但傳統的設計流程往往缺乏系統性，容易出現設計缺陷。此外，傳統仿真工具多集中于電氣特性分析，如直流特性和交流特性，然而對于復雜電路在高頻、高速環境下的行為缺乏足夠的考慮。隨著信號頻率的提高，pcb中信號的完整性、時延和串擾等問題愈加突出。現有技術往往無法有效處理多層pcb設計中信號完整性與電磁干擾（emi）問題，導致信號失真和性能下降。這不僅影響了整體電路性能，還可能導致產品的可靠性和穩定性降低。

技術實現思路

1、基于此，本發明有必要提供一種印制電路板仿真方法、系統及存儲介質，以解決至少一個上述技術問題。

2、為實現上述目的，一種印制電路板仿真方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：獲取電路板設計數據，并對電路板設計數據進行電路板組件層次劃分，從而獲得電路板組件層次數據；根據電路板組件層次數據進行電路板組件拓撲結構分析，從而獲得電路板組件拓撲結構模型；

4、步驟s2：對電路板設計數據進行電路板結構材料特征提取，從而獲得電路板結構材料數據，并根據電路板組件拓撲結構模型以及電路板結構材料數據進行電路板工況仿真，從而獲得電路板工況仿真數據；

5、步驟s3：基于電路板工況仿真數據進行信號完整性評估，從而獲得電路板信號完整性數據，并根據電路板信號完整性數據對電路板組件拓撲結構模型進行信號異常組件結構劃分，從而獲得信號異常組件結構數據；

6、步驟s4：根據信號異常組件結構數據進行電路板多層布局優化，從而獲得優化電路板組件結構模型，并對優化電路板組件結構模型進行電磁干擾統計模擬，從而獲得電磁干擾模擬數據；

7、步驟s5：根據電磁干擾模擬數據進行電路板熱管理仿真，從而獲得電路板熱流分布圖，并根據電路板熱流分布圖對優化電路板組件結構模型進行多層電路板散熱優化，從而獲得最優電路板組件結構模型；

8、步驟s6：獲取電路板印制參數集，并根據電路板印制參數集對最優電路板組件結構模型進行電路板印制策略分析，從而獲得電路板印制策略。

9、本發明對電路板設計數據進行組件層次劃分，能夠有效提高設計的系統性，使得后續仿真和分析更加有序。通過組件拓撲結構分析，可以直觀地展示電路板的結構關系，便于識別設計中的潛在問題。層次數據提供了更清晰的框架，便于后續優化、電磁干擾及信號完整性分析的進行。提取材料特征能夠幫助設計者充分理解電路板（pcb）材料對性能的影響，確保在設計中采用合適的材料進行構建。工況仿真能夠評估電路板在特定工作環境下的性能，提前識別可能的失效點。通過工況仿真分析，能夠提高pcb的設計可靠性，確保其具有良好的動態性能。通過信號完整性評估，可獲取精確的信號傳輸數據，及時發現和解決可能的信號失真問題，提高pcb性能。信號異常組件結構劃分能夠預防在高頻信號傳輸中發生的串擾、時延等問題，從而提高整體電路的穩定性。依據信號異常數據進行布局優化，能夠有效提高pcb的空間利用率，并減少信號干擾。電磁干擾的統計模擬能夠為設計提供具體的干擾數據，幫助更好地處理emi問題，提升電路的抗干擾能力。通過熱流分布圖的分析，能夠明確高溫區域并采取相應散熱措施，有效防止組件過熱導致的性能下降。優化后的多層散熱結構能夠維持電路板在高負載下的工作性能，提高整體產品的可靠性與使用壽命。通過對最優結構模型的印制策略分析，能夠為pcb制造過程提供指導，降低制造成本和時間。形成明確的印制參數集，有助于未來項目的標準化和重復性，為后續的設計與生產提供了可靠保障。綜上所述，通過這些步驟的實施，可以顯著提升pcb設計的系統性、準確性和高頻性能，減少傳統設計過程中常見的問題與缺陷，最終實現更高效、可靠的電路板設計與優化。這將為滿足現代電子產品日益增長的性能需求提供有力支持。

10、可選地，步驟s1具體為：

11、步驟s11：獲取電路板設計數據，并對電路板設計數據進行電路板結構特征提取，從而獲得電路板結構數據；

12、步驟s12：對電路板結構數據進行電路板結構分類，從而獲得電路板板件結構數據以及電路板組件結構數據；

13、步驟s13：根據電路板板件結構數據對電路板組件結構數據進行電路板組件樹形層次劃分，從而獲得電路板組件層次數據；

14、步驟s14：根據電路板組件結構數據進行組件電氣特性分析，從而獲得組件電氣特性數據，并根據組件電氣特性數據進行組件電信號路徑連接，從而獲得組件電信號路徑數據；

15、步驟s15：根據電路板組件層次數據以及組件電信號路徑數據進行電路板組件拓撲結構構建，從而獲得電路板組件拓撲結構模型。

16、本發明通過獲取電路板設計數據并進行結構特征提取，可以深入理解電路板的物理布局、元件位置和布線情況。這種結構特征的明確，有助于識別設計中的潛在問題，如布線密集導致的信號干擾或熱管理問題，為后續的優化提供依據。對電路板結構數據進行分類，可以有效地將電路板劃分為不同的部分，如板件結構和組件結構。這一分類過程有助于簡化整體設計的復雜性，使工程師能夠更集中地進行特定區域的分析和優化，從而提高設計效率。通過樹形層次劃分，能夠明確電路板各組件之間的層次和關系，使得設計思路更為清晰。這種層次結構不僅有助于理解組件間的相互作用，也為后續的故障分析和優化設計提供了清晰的框架。進行組件的電氣特性分析及連接路徑的確定，可以獲取組件的電性能數據及其信號流向。這能夠揭示組件間的電氣交聯關系，識別信號傳遞中的潛在瓶頸，輔助工程師在電路性能上進行針對性的改進。根據進行完的組件層次數據和信號路徑數據構建拓撲結構模型，能夠形成對電路板設計更為系統化的理解。這一模型不僅有助于進一步的仿真與驗證，還能在設計變更時快速評估其對整體性能的影響，從而提高設計的可靠性。

17、可選地，步驟s13具體為：

18、步驟s131：根據電路板板件結構數據進行電路板板件層次整合，從而獲得電路板板件層次結構數據；

19、步驟s132：對電路板板件結構數據進行板件布線特征提取，從而獲得板件布線數據；

20、步驟s133：根據電路板組件結構數據進行組件連接結構特征提取以及組件空間分布特征提取，從而獲得組件連接結構數據以及組件空間分布數據；

21、步驟s134：根據組件空間分布數據對組件連接結構數據以及板件布線數據進行板件-組件連接關聯，從而獲得板件-組件連接關聯數據；

22、步驟s135：根據電路板板件層次結構數據以及板件-組件連接關聯數據進行電路板樹形層次結構整合，從而獲得電路板組件層次數據。

23、本發明通過對電路板板件結構數據進行層次整合，可以清晰地定義每個板件的層級關系。這有助于理解電路板的整體架構，提高設計的可視化效果，并便于后續的設計驗證和修改。板件布線特征提取使設計人員能夠識別和分析布線的復雜性與合理性。這一過程能夠優化布線路徑，降低信號干擾，提高信號完整性，從而提高電路板的性能和可靠性。通過提取組件連接結構及空間分布特征，可以有效識別各組件之間的關系及其在電路板上的布局。這對于優化組件布局、減少相互干擾以及提高散熱效率至關重要，有助于提升整體設計質量。根據組件空間分布數據對組件連接結構數據及板件布線數據進行關聯，可以實現組件與板件之間的精確映射，這有助于在設計階段快速定位問題，提高了設計效率，減少了后期修改的成本。通過整合電路板板件層次結構數據和板件-組件連接關聯數據，形成電路板的樹形層次結構，有助于全面把握電路板的整體設計及功能分布，這種結構化的數據管理方式可以方便設計、生產及測試階段的信息流通與協作，提高整個項目的協同性與效率。

24、可選地，步驟s14具體為：

25、步驟s141：對電路板組件結構數據進行組件結構功能描述特征提取以及組件電氣特征提取，從而獲得組件結構功能描述數據以及組件電氣特征數據；

26、步驟s142：對組件結構功能描述數據進行功能描述文本轉換，從而獲得組件結構功能描述文本數據，并根據組件結構功能描述文本數據進行組件功能描述聚類，從而獲得組件功能聚類數據；

27、步驟s143：對組件電氣特征數據進行組件電氣特性分析，從而獲得組件電氣特性數據，并根據組件電氣特性數據進行組件電氣特性聚類，從而獲得組件電氣聚類數據；

28、步驟s144：根據組件功能聚類數據以及組件電氣聚類數據進行連接組件交集運算，從而獲得組件連接數據；

29、步驟s145：對電路板組件層次數據進行電路板板件布線特征提取，從而獲得電路板層次板件布線數據；

30、步驟s146：根據電路板層次板件布線數據以及組件連接數據進行電信號路徑圖整合，從而獲得組件電信號路徑數據。

31、本發明通過對電路板組件結構和電氣特征進行提取，可以系統性地分析組件的功能和性能，這不僅增強了對組件的理解，還為后續的功能優化和故障排查提供了基礎數據。形成的組件結構功能描述數據和電氣特征數據利于建立一個標準化的數據集，為進一步的分析和機器學習模型的訓練奠定基礎。功能描述文本轉換使得復雜的功能描述變得更加直觀和易于理解，便于工程師和工程師在設計階段進行討論和修改，通過聚類分析，可以發現功能相似的組件，這有助于識別設計中的冗余或潛在的替代組件，從而降低成本和設計復雜性。電氣特性分析使得設計人員能夠詳細了解每個組件的工作參數，如電流、電壓、功耗等，這對確保電路板在實際工作條件下的可靠性至關重要，組件電氣特性聚類幫助工程師識別出電氣性能相似的組件，優化選型和配置，從而提高電路板的整體性能。連接組件交集運算能夠直觀地展示不同功能組件之間的關系，有助于理解系統架構和信號流動路徑，優化布局設計，有助于識別出潛在的信號干擾問題，提前解決連接問題，降低后期調試的復雜性。電路板層次板件布線特征提取對布線的優化至關重要，通過分析板件之間的布線關系，可以減少信號干擾，提高信號傳輸的效率。有效的布線特征可以幫助工程師在面臨空間限制時作出更合理的布局決策，確保電路板整體的高效運行。電信號路徑圖整合提供了一個全面的視圖，幫助設計人員進行系統級的分析，確保所有電氣信號能夠正確且高效地傳輸。這一整合使得在后續的設計迭代中，能夠更為迅速地進行電路優化，減少了設計測試階段可能出現的遺漏風險。

32、可選地，步驟s2具體為：

33、步驟s21：對電路板設計數據進行電路板結構材料特征提取以及電路板設計工況特征提取，從而獲得電路板結構材料數據以及電路板設計工況數據；

34、步驟s22：基于電路板結構材料數據進行電路板結構材料特性分析，從而獲得電路板結構材料特性數據；

35、步驟s23：根據電路板結構材料特性數據以及電路板設計工況數據進行仿真邊界條件設定，從而獲得工況仿真邊界條件數據；

36、步驟s24：根據電路板結構材料特性數據對電路板組件拓撲結構模型進行結構材料特性填充，從而獲得電路板組件仿真結構模型；

37、步驟s25：根據工況仿真邊界條件數據對電路板組件仿真結構模型進行電路板工況有限元仿真，從而獲得電路板工況仿真數據。

38、本發明提取電路板結構材料特征，可幫助工程師識別所用材料的種類及其物理化學特性，例如導電性、熱導性和機械強度等。通過提取設計工況特征，能夠深入理解電路板在工作環境中所承受的電氣、熱和機械負荷，為后續的分析提供基礎數據。依托材料特性分析，能夠評估電路板在不同工作條件下的表現，進而為材料選擇與設計優化提供實證依據。通過了解材料特性，工程師可以在設計階段預判潛在問題，降低因材料不合適導致的產品失效風險。科學的設置工況仿真邊界條件，可以確保仿真結果的準確性和可靠性，提供了進行深入仿真分析的前提，使得所得結果更加貼近實際情況，便于后續決策。通過填充材料特性，可以構建出更接近真實情況的仿真結構模型，從而提升模型在模擬中的準確性。為設計人員和分析師提供更直觀的電路板組件信息，幫助他們理解設計改進的潛在影響。通過對電路板組件的有限元分析，可以更全面地評估電路板在特定工況下的性能，如耐熱性、抗沖擊性等。仿真結果為產品設計和優化提供了數據支持，幫助工程師做出更為科學合理的決策，減少試錯成本。

39、可選地，步驟s3具體為：

40、步驟s31：對電路板工況仿真數據進行電磁仿真數據提取，從而獲得電路板電磁仿真數據；

41、步驟s32：對電路板電磁仿真數據進行組件信號線路仿真劃分，從而獲得組件信號線路仿真數據集，并對組件信號線路仿真數據集進行信號線路信號衰減統計，從而獲得高衰減信號線路數據以及低衰減信號線路數據；

42、步驟s33：根據信號線路仿真數據集進行信號波動特征整合，從而獲得信號線路仿真信號波動數據，并根據信號線路仿真信號波動數據進行信號線路串擾關聯識別，從而獲得信號線路信號波動關聯數據；

43、步驟s34：根據信號線路信號波動關聯數據進行信號線路串擾頻率統計，從而獲得高頻串擾信號線路數據以及低頻串擾信號線路數據；

44、步驟s35：對高衰減信號線路數據以及高頻串擾信號線路數據進行信號線路交集運算，從而獲得低信號完整性信號線路數據；對低衰減信號線路數據以及低頻串擾信號線路數據進行信號線路交集運算，從而獲得高信號完整性信號線路數據；

45、步驟s36：對低信號完整性信號線路數據以及高信號完整性信號線路數據進行數據合并，從而獲得電路板信號完整性數據，并根據組件信號線路仿真數據集對電路板信號完整性數據進行信號線路組件關聯，從而獲得電路板組件信號完整性數據；

46、步驟s37：根據電路板組件信號完整性數據對電路板組件拓撲結構模型進行低信號完整性信號線路關聯組件劃分，從而獲得信號異常組件結構數據。

47、本發明通過對電路板工況進行電磁仿真，可以獲得真實環境下電路板的電磁性能數據，這些數據為后續分析提供了基礎，確保了仿真結果的準確性和可靠性，使得設計人員可以識別潛在的電磁干擾源并進行優化。對電路板中各個組件的信號線路進行仿真劃分，有助于更精確地分析不同信號線路的性能。通過對信號衰減進行統計，設計人員可以找到高衰減和低衰減的信號線路，進而采取針對性的設計措施來優化信號傳輸，提升整體電路性能。整合信號線路仿真數據，識別信號波動特征，可以碰撞識別并分析線路之間的串擾情況，這能夠幫助設計人員理解不同信號之間的相互影響，為后續改進設計提供數據支持，減少信號干擾導致的問題。通過對信號線路串擾頻率進行統計，能夠將信號線路分為高頻串擾和低頻串擾，這是在不同頻率下對信號完整性進行評估的關鍵一步。這有助于識別在高速信號傳輸中影響性能的線路，以便于針對高頻信號進行特點優化。對高衰減信號線路數據和高頻串擾信號線路數據進行交集運算，有助于識別和優化信號完整性較低的線路。同樣，對低衰減和低頻串擾線路進行交集運算，有助于找出信號完整性較高的線路。這樣的操作增強了線路性能的可預測性和可靠性，便于后續設計改進。通過低信號完整性和高信號完整性的信號線路數據合并，形成全面的電路板信號完整性數據。這種數據分析結合了不同狀態下的電路表現，為后續電路優化與調試提供了明確的數據依據。同時，根據信號線路組件關聯，可以進一步提升電路板設計中的信號質量，降低故障率。通過對電路板組件拓撲結構進行劃分，能夠有效識別出哪些組件存在信號異常。這為故障排查、優化設計和提升電路板性能提供了重要依據，使得設計團隊能夠更快速地定位問題，進行有針對性的改進。

48、可選地，步驟s4具體為：

49、步驟s41：通過電路板組件拓撲結構模型對信號異常組件結構數據進行信號異常組件密集度統計，從而獲得高密集度異常組件區域數據以及低密集度異常組件區域數據；

50、步驟s42：對電路板組件拓撲結構模型進行電路板板件布線特征提取，從而獲得板件布線數據；

51、步驟s43：根據板件布線數據對高密集度異常組件區域數據進行異常組件間隔布局重構，從而獲得組件優化布局數據；

52、步驟s44：根據板件布線數據對低密集度異常組件區域數據進行異常組件信號交叉走線重構，從而獲得組件優化走線數據；

53、步驟s45：根據組件優化布局數據以及組件優化走線數據對電路板組件仿真結構模型進行電路板布局走線優化，從而獲得優化電路板組件結構模型；

54、步驟s46：對優化電路板組件結構模型進行電磁干擾統計模擬，從而獲得電磁干擾模擬數據。

55、本發明通過對信號異常組件的密集度進行統計，能夠識別出高風險區域，這些區域可能受到電磁干擾、信號串擾等影響。早期識別這些區域可以為后續優化提供方向，從而減少故障率和提升電路板的穩定性。提取板件布線特征能夠提供電路板的布局信息，包括走線長度、走線密度及相鄰組件的布置關系，這些信息對于理解信號傳輸特性及優化設計至關重要，有助于后續走線優化和布局調整。對高密集度異常組件進行布局重構，能夠優化組件間的間隔，從而減少信號干擾和串擾。優化布局不僅提升了信號完整性，還能改善散熱性能，降低故障發生的概率。對低密集度區域進行信號交叉走線重構，可以優化信號傳輸路徑，減少走線之間的交叉干擾。通過有效的走線策略，可以提升信號質量和減少延遲，確保電路板在高頻應用中的穩定性。通過綜合組件優化布局數據和走線數據，可以實現整體電路板結構的優化，這一過程有助于提升電路板的整體性能，確保信號傳輸效率高、傳輸延遲低，并且能有效地控制電磁干擾，從而滿足高性能電子設備的要求。通過對優化后的電路板結構進行電磁干擾的統計模擬，可以提前識別潛在的電磁干擾問題。模擬數據為后續的設計調整提供依據，使設計師能夠在實際生產前進行必要的優化，確保最終產品的可靠性和性能。

56、可選地，步驟s5具體為：

57、步驟s51：對電磁干擾模擬數據進行電路板熱管理仿真，從而獲得電路板熱管理仿真數據；

58、步驟s52：根據電路板熱管理仿真數據進行電路板熱流分布圖繪制，從而獲得電路板熱流分布圖；

59、步驟s53：基于電路板熱流分布圖進行熱流密度統計，從而獲得高熱流密度電路板區域數據；

60、步驟s54：根據優化電路板組件結構模型進行電路板走線特征提取，從而獲得優化電路板走線數據；

61、步驟s55：根據優化電路板走線數據對高熱流密度電路板區域數據進行熱流均衡走線布局優化，從而獲得散熱優化走線布局數據；

62、步驟s56：根據散熱優化走線布局數據對優化電路板組件結構模型進行多層電路板散熱優化，從而獲得最優電路板組件結構模型。

63、本發明通過電磁干擾模擬數據分析，提高了對電路板在真實工作環境下熱行為的理解，可幫助識別潛在的溫升問題，有助于提前采取措施以減少損壞風險。通過可視化熱流分布，可以迅速識別出高溫區域和熱源位置，有助于后續優化設計，有助于工程師評估電路板的熱管理設計的有效性，從而進行必要的調整。統計出高熱流密度區域的數據，可針對性地采取散熱措施，如增加散熱片或改進空氣流通，通過精確的數據支持，減少了散熱設計的盲目性，提高設計效率。優化走線模型可有助于減少信號損耗，同時改善熱傳導特性，有效降低熱聚集現象，確保信號完整性的同時，能夠兼顧熱管理需求，增強產品的穩定性。通過優化布局，使得熱量在電路板上更均勻分布，避免局部過熱，有助于延長元件的使用壽命，可以降低系統的整體溫度，提高設備在負載條件下的性能。多層設計優化結合走線布局，進一步提升了散熱效率，使得電路板設計更為合理，得到的最優電路板組件結構模型，不僅提升了散熱性能，還可能降低生產成本和提高可靠性。

64、可選地，本說明書還提供一種印制電路板仿真系統，用于執行如上所述的一種印制電路板仿真方法，該印制電路板仿真系統包括：

65、拓撲結構分析模塊，用于獲取電路板設計數據，并對電路板設計數據進行電路板組件層次劃分，從而獲得電路板組件層次數據；根據電路板組件層次數據進行電路板組件拓撲結構分析，從而獲得電路板組件拓撲結構模型；

66、電路板工況仿真模塊，用于對電路板設計數據進行電路板結構材料特征提取，從而獲得電路板結構材料數據，并根據電路板組件拓撲結構模型以及電路板結構材料數據進行電路板工況仿真，從而獲得電路板工況仿真數據；

67、信號完整性評估模塊，用于基于電路板工況仿真數據進行信號完整性評估，從而獲得電路板信號完整性數據，并根據電路板信號完整性數據對電路板組件拓撲結構模型進行信號異常組件結構劃分，從而獲得信號異常組件結構數據；

68、電磁干擾模擬模塊，用于根據信號異常組件結構數據進行電路板多層布局優化，從而獲得優化電路板組件結構模型，并對優化電路板組件結構模型進行電磁干擾統計模擬，從而獲得電磁干擾模擬數據；

69、電路板散熱優化模塊，用于根據電磁干擾模擬數據進行電路板熱管理仿真，從而獲得電路板熱流分布圖，并根據電路板熱流分布圖對優化電路板組件結構模型進行多層電路板散熱優化，從而獲得最優電路板組件結構模型；

70、電路板印制策略分析模塊，用于獲取電路板印制參數集，并根據電路板印制參數集對最優電路板組件結構模型進行電路板印制策略分析，從而獲得電路板印制策略。

71、本發明的印制電路板仿真系統，該系統能夠實現本發明任意一種印制電路板仿真方法，用于聯合各個模塊之間的操作與信號傳輸的媒介，以完成印制電路板仿真方法，系統內部模塊互相協作，從而提高電路板設計的效率和可靠性。

72、可選地，本說明書還提供一種存儲介質，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如上所述的印制電路板仿真方法。