在当今高科技时代，各类电子设备中布满了密密麻麻的传感器与天线。传感器涵盖了加速度计、心率监测器、高度计以及麦克风等，天线则包含蜂窝、WiFi和卫星天线。这些关键元器件大多极为敏感，其正常输出极易受到设备内部局部噪声和振动的干扰，进而影响设备的整体性能。
电子元器件产生振动的原因多种多样，压电效应、洛伦兹力和磁致伸缩是主要因素。多层陶瓷电容器（MLCC）在电子领域应用广泛，它所使用的材料具有压电效应。当受到机械应力时会产生电荷，受到电场作用时又会发生机械变形，在振荡信号作用下就可能引发振动。在电源电子设备中，电感器和变压器的铁氧体磁芯等磁性材料，会因磁致伸缩现象产生振动。当材料被磁化，磁偶极子旋转对齐磁场，会在磁性层面产生应变导致伸长，振荡信号施加时便会引起振动。洛伦兹力作为电磁学基本组成部分，在电机和发电机中广泛应用，在有振荡信号的电子元器件如电感器和线圈中，也会引发不必要的振动。
这些振动虽大多难以被直接听到，但危害不容小觑。可听噪声方面，若振动处于可听频率范围，就会产生嗡嗡声，像变压器因磁致伸缩发出的嗡嗡声就是常见噪声问题，且在大功率电子设备中更为突出。电磁干扰上，振动会通过“麦克风效应”引发问题，MLCC如同微型麦克风，将振动转化为电信号，在音频系统中会导致声音输出出现嗡响。对于搭载高精度传感器的设备，如智能手表、可穿戴医疗设备、科学仪器和高精度制造机械等，振动会干扰传感器，使输出产生噪声，限制传感器精度。振动还会在材料内部引发应力，长期作用会削弱元器件，导致PCB在高应力点周围开裂、连接器松动、焊点失效。
为了应对这些问题，工程师们借助仿真技术来分析并减轻PCB元器件振动。达索系统的SIMULIA软件仿真工具采用多物理场工作流程，将多种基于物理场的仿真工具整合在一个共享环境中，为解决振动问题提供了有效途径。
在电磁仿真环节，来自电子设计自动化（EDA）工具的PCB布局被导入CST Studio Suite，自动生成3D仿真模型。用户定义输入信号后，电磁仿真可计算出元器件内的电流、场和洛伦兹力，并进行可视化展示。
随后进入结构仿真阶段，3D模型及相关场被导入SIMULIA Abaqus。该软件能够建模电容器的压电特性以及磁致伸缩和洛伦兹力引起的应变，还能计算PCB结构的谐振模态。利用振动源驱动PCB谐振，进而计算空间速度场。
振动声学仿真紧随其后，空间速度场被导出到SIMULIA Wave6中。此工具可计算PCB的振动场、声辐射模式以及探测点的声压级（SPL），让工程师了解振动如何耦合到其他传感器以及可能产生的噪声情况。
基于仿真结果，PCB设计师能够精准识别潜在问题并迅速解决。他们可以比较不同噪声抑制产品和元器件在PCB上布局的效果，找出潜在的失效点，优化PCB的布局和尺寸，使其能承受预期操作环境中的振动应力。若发现振动问题，工程师有多种改进PCB布局的方法。在条件允许时，调整振动源和受影响传感器的位置，将敏感元器件移离PCB在谐振频率下的高应变区域；使用橡胶阻尼器等噪声抑制元器件减少振动；变换固定PCB的安装点和螺丝；调整PCB的尺寸或形状以消除谐振。
通过将电磁、结构和振动声学仿真方法集成到电子设计自动化（EDA）工作流程中，达索系统SIMULIA工具为PCB振动分析提供了完整的多物理场解决方案。借助仿真技术，PCB设计师无需耗费成本构建和测试实体样机，就能识别问题并找到解决方案，有效加速PCB设计进程，降低问题在开发后期或发布后出现的风险。
