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“仿真”不阿-浅析EMC仿真

联合电子 来源:未知 2023-08-27 09:10 次阅读

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

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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。

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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

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

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

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

EMC标准要求越来越严格

  • 车载EMC标准明显严于通信EMC标准

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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

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图3 ANSYS与CST电磁仿真系列对比

ANSYS系列

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图4 基于ANSYS的电磁仿真板块介绍

CST系列

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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。

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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。

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图7 EMC仿真开展的思路

联合电子EMC仿真介绍

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图8 联合电子EMC仿真

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;

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;

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;

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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