如何使用EMS for Solidworks提取PCB结构的寄生参数

介绍

EMI 或电磁干扰是来自设备或系统的不良电磁噪声，会干扰相邻设备或系统的正常运行。EMI建模和预测的基本过程需要提取PCB和电路元件的寄生参数以建立高频电路模型。

寄生参数

在 电子设计自动化（EDA） 中，寄生参数提取是对设计器件和 电子电路所需布线互连 中 的寄生效应的计算： 寄生电容、 寄生电阻和 寄生电感。在本文中，我们说明了如何使用 EMS 来计算这些电路参数，并将结果与已发布的数据进行比较。

PCB结构建模

图 1 所示的 PCB 结构在 4 盎司 FR4 PCB 方板上包含两条铜迹线和 5 密耳厚的铜接地。下面给出了仿真中使用的一些参数，其中所有尺寸均以密耳为单位。 铜的电导率 = 5.8 10 7 S/m FR4 的相对介电常数 = 4.4

图 1 - 用于仿真的 PCB 结构，所有尺寸均以密耳为单位

电容计算

为了计算 PCB 结构的寄生电容，如图 1 所示，调用静电模块。图 2 显示了 PCB 结构的模型和网格。

图 2 - PCB 结构的模型和网格

三个浮动导体

为了考虑给定导体的电容，在 EMS 中为其分配了一个浮动边界条件，包括接地层。因此，这种 PCB 结构具有三个浮动导体，即左右走线以及接地层。EMS 电容结果和参考文献 ［1］ 的结果如图 3 和表 1 所示。

图 3 - EMS 计算的寄生电容

直流电感和直流电阻计算

为了计算 PCB 结构的直流电阻和电感，如图 1 所示，调用了 EMS 静磁模块。为了计算铜迹线的直流电感和直流电阻，将它们建模为线圈。通过 EMS 获得的直流电感和直流电阻结果并与参考文献 ［1］ 进行比较，如下所示：

图 4 - EMS 计算的直流电阻

图 5 -由 EMS 计算的直流电感

交流电感和交流电阻计算

除了直流电感和电阻计算之外，EMS 还配备了交流磁和涡流功能，用于计算手头 PCB 结构在以下频率下的交流电阻和交流回路电感：1Khz、2Khz、5Khz、10 KHz、 20 KHz、50 KHz、100 KHz、200 KHz、500 KHz、1 Mhz。

缩小模型

由于导电区域的场集肤深度很小，即 1e-005 到 1e-004 毫米的数量级，因此需要重要的计算机资源，包括 CPU 和 RAM。因此，仅对模型的 1/20 进行了仿真，如图 6 所示。反过来，通过简化模型获得的电感和电阻乘以 20 以恢复完整的模型结果。

图 6 -结构的 1/20 为交流磁分析建模

与上述静磁分析类似，两条迹线被建模为线圈。为了在交流电阻计算中考虑趋肤深度，将线圈建模为实体，即绕制线圈不支持涡流。图 7 显示了 EMS 计算的 1 KHz 至 1 MHz 频率范围内的交流电阻，并与参考文献 ［1］ 进行了比较。而图 8 显示了相同频率范围的交流电感结果和比较。

图 7 -由 EMS 计算的交流电阻并与参考 ［1］ 进行比较

图 8 -由 EMS 计算并与参考 ［1］ 比较的交流电感

结论

显然，EMS 与 PCB 结构的电容、AC 和 DC 电感和电阻已发表的结果 ［1］ 相比较。因此，EMS 可以很容易地用于轻松快速地提取 PCB 和电子结构的寄生参数，进而可以用于构建高频电路模型。