“仿真”不阿-浅析EMC仿真之RE仿真

随着汽车电动化、智能化、网联化、共享化技术的不断变革，车辆承载的功能也愈加复杂，智能汽车也迎来了从分布式向域集中式的过渡阶段，大量ECU整合，减少了整车相应的线束和空间布置的难度，避免了因众多分散的运算控制单元导致的算力浪费。在实现架构优化的同时，集成式控制器也带来了更加严峻的辐射发射（RE）问题，并且产品的辐射发射问题已成为延滞产品开发周期的关键难题。

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辐射发射简介

辐射发射（RE，Radiated Emission）指电子产品其内部电路工作时向周围空间发射的电磁波，电磁波通过空间作为传播路径而不是导线，目的是测试电子、电气产品及其部件，包括来自外壳、电缆及连接线上的辐射发射强度，检测其辐射发射是否符合标准要求，以便产品工作时不影响同一环境中的其他设备。

现阶段产品集成度高且测试标准严苛，RE失效率显著提高。测试阶段产品的机械结构、PCB布局与走线设计已定型，将导致整改措施受限且整改成本高。此外，常见多干扰源导致频点超标问题极难定位源头，测试排查周期长、成本高。使用预测测试结果的辐射发射仿真方法，采用软件模拟产品的辐射发射强度或快速定位干扰源，可提前预测产品辐射发射特性，并提供RE失效的整改思路与方案，缩短产品开发周期，有效降低成本，提高产品RE测试通过率。

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辐射发射建模与仿真思路

辐射发射仿真可以在项目原理图阶段指导器件选型、layout阶段指导走线与器件布局、机械上均衡发射发射与散热设计，测试阶段提供整改思路与解决方案。因此基于不同阶段的RE仿真将有不同的仿真思路，简要分为以下四类：

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模块级别的PCB板级辐射

模块级别的RE仿真通常考虑PCB关键模块与PCB走线，将PCB导入仿真软件，配置层叠结构参数与器件模型，可分别进行近场与远场的板级辐射分析，通过场图分析可以定位PCB板辐射发射强弱点；

图1 板级电磁辐射图

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制器级别的RE仿真

控制器级别的RE仿真考虑外壳机械结构与PCB板的控制器系统，提取PCB走线参数，建立模型、激励配置进行仿真求解、近场分析输出数据，导入外壳模型，配置近场数据。输出产品带外壳的控制器级别的辐射发射仿真曲线和场图，可以清晰的定位系统级产品辐射发射的强弱位置，为产品的系统级辐射发射整改与设计提出解决思路。

图2 控制器级电磁辐射图

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模块级别的PCB板级辐射

在考虑控制器外壳的基础上，同时考虑接插件互连与线束，进行线束介入的RE仿真，输出对应DUT或线束中心1米远处的辐射发射结果。

图3 RE仿真线束建模图

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暗室测试环境与天线的系统级别的RE仿真

在考虑线束与控制器系统的基础上，对比不同暗室环境的等效模型，考虑测试环境建模后的系统级辐射发射仿真，并得到辐射发射的系统级别仿真结果。

图4 三种暗室等效方案RE仿真结果曲线对比

联合电子的辐射发射仿真实例1:

多干扰源RE失效仿真定位

随着汽车电子控制器从分布式向集中式的变革，产品集合的干扰源也越来越多，众多的干扰源也将导致倍频点的重叠，仅通过测试手段难以定位，联合电子采用辐射发射仿真将高效且低成本的定位某个频点对应干扰源所起的主次作用，并快速提供整改思路与解决方案。

多干扰源建模

图5为8个干扰源组成的辐射发射仿真模型，通过提取走线S参数，搭建仿真建模，分别配置8个干扰源的驱动激励实现场路协同仿真。

SIwave提取走线S参数

 SIwave Link Circuit建模

图5 多干扰源建模与仿真

信号频谱

图6为8个干扰源配置等效模型与激励后仿真求解所得的FFT变换的单干扰源的频谱特性，由此定位关键频点的多干扰源的贡献作用；

图6 多干扰源信号频谱

RE仿真频谱

图7红色曲线为8个干扰源共同作用下的产品对外RE的曲线结果，幅值高，但无法定位关键干扰源，结合图6的各干扰源的独立频谱，蓝色曲线是去掉干扰1和5的RE结果，对比红蓝曲线可知，在仿真频段内最低可降低30dB，由此定位干扰源1和5为主要干扰源。

图7 关键信号的RE仿真频谱

联合电子的辐射发射仿真实例2:

控制器级RE仿真实例

汽车电子控制器产品有许多为金属外壳，如：ECU（电子控制器）、高速VC（中央计算控制器）产品，金属外壳控制器产品接地对产品的辐射发射有一定影响作用，由此，联合电子考虑建立PCB与外壳的整体辐射发射模型，用于更贴合金属外壳产品实际情况的辐射发射建模仿真。

辐射源建模仿真

本案例干扰源以DDR的时钟信号为驱动激励，图8（a）为PCB的仿真模型，图8（b）是DDR的SI建模与时域仿真，图8（c）为CA和DQ信号的眼图仿真结果数据。

（a）Siwave DDRwizard建模

（b）Circuit建模

（c）CA和DQ的眼图

图8 DDR建模与仿真

带金属外壳的辐射发射仿真

基于DDR模块的信号完整性仿真结果，场路协同进行DDR的RE仿真，结合HFSS实现外壳介入，进行产品辐射强弱点定位，实现外壳介入后产品对外辐射发射强度的可视化比对。图10为带外壳的DDR辐射发射频谱与场强分布图。通过控制器级别的辐射发射仿真，将有效指导产品机械结构设计实现产品EMC性能优化，为产品正向设计提供数据指导与整改策略。

图9 产品DDR的辐射发射仿真

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小结

联合电子在产品设计阶段，融入辐射发射仿真技术，有效提高产品在原理图、layout设计、机械等多方面的RE正向设计能力，降低产品的RE测试失效风险，有利于在产品设计源头解决辐射发射问题，减少因辐射发射问题导致的产品测试多轮迭代和成本周期。

在产品的测试阶段，联合电子采用辐射发射仿真方法将实现超标频点对应多干扰源时的主次快速定位，为产品通过辐射发射测试标准提供整改思路与解决方案，帮助客户缩短产品开发周期、降低研发成本，实现产品的快速交付和迭代更新，提高研发效率，助力客户敏捷响应市场需求和变化。

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原文标题：“仿真”不阿-浅析EMC仿真之RE仿真

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