如果您在我以前的博客文章中读过（或希望两者）这里和这里），您将知道我正在讲述内部智能扬声器设计项目的故事。去年夏天由一支才华横溢的阿尔提斯人进行，目的是展示模拟驱动的发展方法的实际效益。特别是，在世界上越来越多地由多物理产品设计统治的世界中，我们热衷于展示Altair解决方案如何帮助克服与物理原型设计和测试相关的成本，延迟和妥协。

上节课，我研究了智能音箱设计的结构和声学问题。这一次，注意力转向印刷电路板(PCB)。我将利用另一个优秀的网络研讨会，这一次由项目工程师Aniket Hedge发表，并得到了EM应用工程师Jaehoon Kim的支持。我很高兴地告诉你，你会找到一个按需观看的版本这里，以及整个智能音箱系列。这篇文章的目的是为他们的演示提供一种风格。然而，如果你想了解更多关于物理测试和原型的虚拟替代方法，我强烈建议你看完整版。

随着Aniket解释，PCB代表无线扬声器的核心。它托管所有功能模块，主要元素包括无线，音频，电源和充电。Aniket还提醒我们，其中许多PCB设计师现在运作的商业环境。在消费电子领域的降低成本降低，小型化和更快的市场时间近乎普遍。此外，对于无线扬声器，挑战包括可靠，基于标准的连接，无缝音频流和清晰的音频输出，以提供全部重要的感知质量。

PCB设计的组件包括USB连接，充电IC，蓝牙IC和天线，音频放大器，控制IC，存储器，LCD驱动器IC和扬声器输出。在项目的这个阶段，重点是两个设计考虑因素：音频质量和高速性能。对于前者来说，Aniket演示了差分音频线，屏蔽音频线和主要IC的热行为对于实现所需的结果至关重要。对于后者而言，他强调设计师需要确保对特定阻抗的满足以及高速总线的安全使用。

你可能还记得我之前的帖子，我们项目的首要主题是采用统一和集成的设计环境的价值全部智能产品所采用的物理原理。为此，Aniket和Jaehoon选择的工具是牵牛星大拇指。这种全面的PCB级EDA软件套件涵盖了设计评审，分析和制造。旨在显着降低开发周期，其主要功能包括具有ECAD连接的PCB型号，统一部件编辑器（UPE），PCB求解器（包括信号，电源完整性和热分析），PCB验证（包括电气设计（DFE））和逻辑/凸轮。

为了验证差分音频线和屏蔽音频线，DFE检查被识别为最合适的方法。这反映了DFE在消费电子产品中变得越来越重要的事实，由于产品的运行速度和复杂性增加。小额批量生产的趋势，更短的产品生命周期和快速技术变化也在推动DFE的要求。

所有这些因素意味着在开发阶段的DFE检查已成为电子公司的必需品。通过节省时间和资源，他们将成本和时间减少到市场。更重要的是，使用Pollex，DFE工作流程不能更容易。首先，我们导入设计文件，然后应用公司的设计规则和ODM客户端规则。生成可操作的DFE检查结果，使工程师能够轻松评估和修改其设计。

在我们的项目中，通过差分对的强度来验证音频质量，差分对由线分离和耦合比准则定义。Aniket进行的第二个过程是通过地平面验证音频线路的屏蔽，再次通过DFE检查。

强调DFE检查过程的灵活性，DFE规则很容易定制。此外，检查的任何故障都可以链接回原始ECAD绘图以进行快速整流。请记住，Altair的DFE工具可以解决许多其他属性，例如电高速，功率，元件分离和EMI环稳定性。

接下来是信号完整性(SI)。为什么?很简单，在较高的比特率和较长的距离下，电信号可能会退化到发生错误的点，系统或设备就会失效。有了SI分析的好处，在物理原型和制造投资之前，就有可能减轻任何此类损害。此外，对于PollEx来说，SI在很大程度上是一站式哲学的一部分。设计师可以从众多的解决方案中选择——2.5D和3D——以实现快速反馈和任何必要的更改。

SI工作流程表明是现在熟悉的进口现有设计文件，这次通过I / O缓冲模型导入现有文件。例如，在将所有这些文件输入到SI工具后，Altair专有的Spice发动机可以产生导致波形，S参数，眼图和净拓扑的形状。

Aniket使用SI验证我们智能扬声器的高速性能，展示我们如何通过USB数据线快速有效地实现无缝连接。在这种情况下，这意味着满足USB 2.0规范。阻抗要求必须符合整个频率。Aniket显示Pollex的SI工具不仅有利于USB线路的网络分析，还能提供网络拓扑分析。这是一个简单的过程。可以审查板上的组件之间的净结构，并通过创建和修改拓扑进行快速且轻松地进行的研究。Aniket通过波形查看器分析结果，显示了用户对比较任何此类调整的结果是多么容易。类似地，在高速存储器总线上执行SI分析，以验证它们是否满足DDR要求。

我们设计旅程中的最新步骤是通过使用Pollex来解决热分析的结论。再一次，这是众多消费电子产品的关键问题。通过在此阶段检测和校正热量问题，可以防止昂贵的过度设计并识别整个系统的热要求。

在我们的智能扬声器的情况下，充电IC和音频放大器代表了主要的加热源。他们需要在对音频性能的影响方面仔细评估。如前所述，Pollex在计算各种组件的结和底板温度的方面进行全部工作，然后以我们板的热图形式显示结果。在重新运行热量分析之前，Aniket实际上介绍强制对流，并在屏幕上观察热图的变化。SPOILER ALERT：它上有很多蓝色。

智能音箱中PCB的机械设计和验证是确保系统可靠性和整体设计成功的另一个重要参数。在电气、电子、机械或电路元件方面任何类型的不适当的功能都可能导致这些系统的故障。因此，机械可靠性是至关重要的。

一旦从PCB设计从Pollex获得了精确的材料机械数据，并且导电的流体流动模拟以获得从扬声器上加热和冷却的热传递，可以根据机械热应力的传导来考虑该数据。

包括这些热应力作为预紧导电动力学分析是获得PCB精确机械验证的非常重要的步骤。为了进行动态仿真，需要全扬声器模型的动力学加载。这可以从测试实验室或虚拟测试实验室获得，以模拟基于振动的疲劳，以确认PCB设计的可靠性。至关重要的是，这些模拟提供了识别关键点的洞察力，并实现了“如果”研究和探索不同安装配置的研究。它还加快了产品开发过程。

就像整个智能音箱之旅一样，Altair在这里的方法都是关于统一解决方案的速度和灵活性，以解决设计师或工程师面临的全部挑战。在本系列的下一篇也是最后一篇文章中，我们将探讨演讲者的另外两个重要设计考虑事项。具体来说，我们如何将我们目前在模拟驱动过程中看到的所有好处应用于天线设计和EMI的要求?但正如我在开始时提到的，没有必要等我写下来。你可以找到智能扬声器项目的整个故事，由它的创造者讲述，这里。