“仿真”不阿-浅析EMC仿真

EMC&EMC仿真

 

EMC（电磁兼容）是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作的能力，包含EMI（电磁干扰）和EMS（电磁抗扰度）。

EMI(电磁干扰) ：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量；

EMS（电磁抗扰度）：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰

 

图1 EMC测试项简要分类

     

 

EMC问题的本质是SI（信号完整性）、PI（电源完整性）问题的延续，SI、PI和EMC是相互影响的，互相制约的，EMC问题是信号回路和电源回路泄露的能量导致的。

 

图2 EMC与SIPI的关系

 

EMC（电磁兼容）仿真是基于软件分析的一种电磁兼容正向设计方法。从功能上分为电源完整性仿真、信号完整性仿真、EMI和EMS仿真。从形式上分为电路模块级、PCB级别和系统级的仿真。

 

EMC设计的挑战与仿真的优势

 

EMC设计的挑战

 

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高密小型化不断推进

 

• 器件间的间距不断缩小，相互之间的干扰越来越明显

• 走线密度快到了物理极限，信号间的噪声干扰，仅凭经验无法解决

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信号速率越来越大

 

• 噪声带宽也越来越宽，但屏蔽手段的带宽没有明显变化

• 各种寄生杂散效应越来越明显，已经不能忽略

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功率器件的功率和开关频率越来越大

 

• 低频高功率噪声很难完全屏蔽或滤除

• 由功率器件泄露的电磁噪声已经无处不在

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EMC标准要求越来越严格

 

• 车载EMC标准明显严于通信EMC标准

 

 

随着汽车电子的发展，特别是新能源互联网汽车的兴起，整车的EMC环境越来越恶劣，另一方面迫于成本的压力，意味着在EMC方面的成本缩减，如：减少屏蔽线和金属材料的使用，控制PCB面积和层数，提高芯片的集成度。

伴随着国家和整车厂的EMC标准日益严苛，传统的EMC设计面临诸多挑战，急需一种正向设计的方法来解决日益突出的EMC问题。区别于传统EMC设计，EMC仿真作为正向设计方法逐渐受到业内青睐，它具有以下几个优势：

 

• 早期识别EMC风险点；

• 快速对比电磁干扰的变化，操作便利，可重复性高；

• 助力各种防护设计的评估计算，便捷建立干扰基线和敏感度规范；

• 可视化不同EMC设计的差异，将无形转变成有形；

• 区别与传统EMC定位是在EMC认证之后打补丁，解决问题方法单一，时间周期长，EMC仿真具备缩短开发周期，降低研发成本，控制设计风险的优点。

 

EMC主流仿真软件

 

目前主流的EMC仿真软件有ANSYS系列和CST系列

 

图3 ANSYS与CST电磁仿真系列对比

 

ANSYS系列

 

图4 基于ANSYS的电磁仿真板块介绍

 

CST系列

 

图5 基于CST的电磁仿真板块介绍

 

EMC仿真思路&解决方案

 

基于项目开发的各阶段，EMC仿真扮演着至关重要的角色，原理图阶段指导滤波器件选型，layout阶段开展器件布局、走线方式、过孔设计等模块级、板级甚至系统级的场路协同仿真，测试阶段提供整改思路与解决方案。

 

图6 样品开发各阶段EMC仿真扮演的角色

 

产品通常集成多种高频IC器件，容易对外形成电磁干扰及被干扰的场景，关键PCB设计因素包括电源滤波，叠层，布局等会影响PCB整体的EMC性能，例如数模混合干扰，电源供电异常，对外辐射超标及辐射受扰等现象。基于电磁仿真软件，结合场路协同实现整板建模，定义噪声源信息或导入实测数据，分析EMI和EMS的传播路径，进行全波场路协同分析，通过谐振、S参数耦合度、滤波优化、串扰、辐射、回流路径等功能发现PCB设计缺陷，从而及时采取优化措施。同时，结合外壳与线束进行双向协同建模仿真，模拟测试环境，指导设计与整改。

 

图7 EMC仿真开展的思路

 

联合电子EMC仿真介绍

 

 图8 联合电子EMC仿真

 

在原理图阶段，联合电子熟练运用滤波电路、防护电路、器件选型、电源设计等仿真技术，并与实测结果能高度匹配；

在layout阶段，联合电子掌握器件布局、走线优化、过孔设计、噪声模拟等，实现了场路协同的板级辐射、传导发射与一系列抗干扰能力的EMC仿真技术，并已实现多个项目的EMC风险评估与产品设计；

在产品系统设计阶段，联合电子具备ESD（静电放电）防护、EFT（脉冲群抗扰度）防护、Surge（浪涌抗扰度）防护、RE（辐射发射）、CE（传导发射）等系统级仿真能力，应用于机械设计、线缆互连、接地设计等产品开发过程；

在测试与整改阶段，EMC仿真指导产品整改优化，缩短产品开发周期，助力产品交付，并进行测试验证进行迭代优化，实现设计成本降低，提高产品一次性成功的工程设计概率。

因此，将EMC仿真融入产品的各个阶段，进行风险识别与主动防御，输出设计规则，降低EMC风险转变成EMC问题的概率并进行管控风险，应用仿真渗入研发流程，已然成为现代科技发展的必然趋势。

 

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原文标题：“仿真”不阿-浅析EMC仿真

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