PCB电路与结构的EMC协同仿真技术研究

在传统的电磁兼容仿真领域，结构设计人员和硬件设计人员在解决电磁兼容 设计问题时通常各自为政，不能进行有效的协同设计。面对电子设备电磁兼容指 标要求日趋严格的形势，本文提出将 PCB 电路板与结构机箱进行电磁兼容协同仿 真，更加准确地评估了含 PCB 电路板的系统整体电磁兼容性能，所取得的主要研 究成果为： 1. 对 PCB 电路和结构的 EMC 特性进行了探讨与总结。为了对 PCB 电路板 的电磁兼容性能做出理论评估，先分析电路板的电磁兼容特性。在引入无源器件 的高频特性后，对导致电路板电磁兼容问题的两种典型情况：阻抗突变和返回路 径做出理论分析，并通过相关的仿真计算进行验证。在对典型的电子设备结构进 行阐述后，总结出其电磁泄漏要素，即孔缝和缝隙对设备结构的电磁兼容特性影 响最大。 2. 对 PCB 电路板进行了板级 EMC 仿真分析。PCB 电路板的板级电磁兼容问 题可以细分为信号完整性、电源完整性两方面，而它们又与电磁兼容是密不可分 的。在对比分析了板级电磁兼容仿真软件后，提出板级电磁兼容仿真的流程，对 电路板的电源完整性问题，主要是板级谐振及电源地平面阻抗突变做出理论分析 与仿真验证；对电路板的信号完整性问题，主要是信号网络间的串扰进行仿真分 析。最后仿真得到整板的远近辐射场，评估整板的电磁辐射性能。 3. 结合电子设备机箱结构对 PCB 电路板进行了 EMC 协同仿真分析。对于电 子设备机箱的电磁辐射仿真，传统方法是将电路板这个主要辐射源用天线来等效， 但这种方法不能很好地体现空间的真实辐射情况。本文提出将电路板板级近场辐 射结果通过动态链接的方法，导入到设备机箱模型中作为仿真辐射源，加载在与 实际电路板大小尺寸相同的模型上，这样能真实地反映机箱内的实际电磁场辐射 情况。通过仿真包含单板和多板机箱结构的电磁场分布，以及结合带导电衬垫的 设备机箱屏蔽效能的仿真计算，给出了电路板与设备机箱结构协同仿真的算例， 验证了协同仿真的可行性。