達索系統CST電子設備電磁兼容仿真解決方案

Writer： 華星信息技術 更新時(shí)間：2020-03-28 16:04

電磁兼容性(EMC)是任何電子設備研發的重要組成部分。根據法律規定，産品必須符合相關的EMC标準才能(néng)進行銷售，這(zhè)些(xiē)标準規定了(le)電磁輻射以及電氣和(hé)電子系統的敏感性。一個成功的産品必須在EMC和(hé)産品競争力的設計(jì)要求(如尺寸，成本和(hé)性能(néng))之間取得平衡，這(zhè)會(huì)給工(gōng)程師帶來(lái)重大(dà)挑戰。越早發現(xiàn)潛在的EMC問題，其對(duì)設計(jì)過程的影響就越小(xiǎo)。通過在早期階段納入符合EMC标準的設計(jì)，以後可避免進一步昂貴的開(kāi)發叠代。使用(yòng)CST工(gōng)作(zuò)室套裝(CST Studio Suite)在第一個原型制造完成之前，可以從(cóng)設計(jì)過程的最開(kāi)始就提前發現(xiàn)潛在的EMC問題并解決之。該軟件擁有最完備的技術，包括一系列求解器，既有PCB規則檢查模塊，又有可對(duì)PCB和(hé)線纜線束等進行三維全波仿真的求解器，基于系統裝配建模技術(SAM)可自(zì)動混合調用(yòng)不同求解器，從(cóng)而完成包含芯片封裝、PCB、線纜線束、機箱機櫃及三維結構平台在内的完整系統級EMC仿真。

EMC仿真:以太網連接器周圍的電流洩漏

發射

發射包括輻射發射和(hé)傳導發射。寄生耦合在非預期區(qū)域産生電流和(hé)場。導線，走線，接縫和(hé)金(jīn)屬部件(如散熱器)都可以像天線一樣工(gōng)作(zuò)，從(cóng)而産生輻射發射，而電纜和(hé)印刷電路闆可以将傳導發射從(cóng)系統的一個部分傳輸到(dào)另一部分。由于發射對(duì)其他(tā)設備造成的風(fēng)險，EMC法規嚴格限制了(le)設備允許産生的發射。通過适當的屏蔽設計(jì)可降低(dī)發射，但(dàn)是屏蔽會(huì)增加産品的成本，重量和(hé)外(wài)形尺寸，因此重點還是要從(cóng)降低(dī)發射源考慮。使用(yòng)CST BOARDCHECK進行設計(jì)規則檢查可以快(kuài)速分析PCB中潛在的EMC和(hé)SI / PI問題，并能(néng)自(zì)動高(gāo)亮(liàng)顯示出問題可能(néng)産生的區(qū)域。一旦發現(xiàn)潛在問題，可以使用(yòng)專門(mén)的SI和(hé)PI求解器以及CST的三維全波求解器來(lái)模拟設計(jì)，以便進行更徹底的分析。三維全波求解器可以精确計(jì)算(suàn)器件的輻射電磁場，這(zhè)對(duì)于高(gāo)速電子器件是經常會(huì)遇到(dào)的問題，同樣的，也(yě)可以精确計(jì)算(suàn)可能(néng)導緻傳導發射問題的器件上(shàng)的電磁耦合。電力電子設備的低(dī)頻EMC也(yě)可以使用(yòng)作(zuò)爲CST工(gōng)作(zuò)室套裝組成部分的電路求解器進行分析。

 

輻射發射:PCB在設備中的輻射電場

敏感性

另一方面，器件的敏感性或抗擾度是衡量外(wài)部幹擾源對(duì)其産生幹擾可能(néng)性的衡量标準。敏感性同時(shí)也(yě)确立了(le)輻射限制，許多EMC法規還規定了(le)電子器件允許的最大(dà)敏感性。産品必須在其環境中安全運行，因此必須能(néng)夠免受輻射或傳導耦合等外(wài)部影響，這(zhè)可能(néng)會(huì)影響被測設備(DUT)的性能(néng)或導緻其失效。這(zhè)種事(shì)件對(duì)被測器件的影響很(hěn)難通過測試和(hé)測量來(lái)追蹤，而耦合路徑往往不清楚。通過CST工(gōng)作(zuò)室套裝的仿真可以顯示設備内部的場和(hé)電流 - 例如，來(lái)自(zì)ESD或BCI事(shì)件 - 使工(gōng)程師能(néng)夠識别關鍵區(qū)域和(hé)不可預見的耦合路徑，以便應用(yòng)對(duì)策。

靜電放(fàng)電:高(gāo)精度ESD

 

大(dà)電流注入:

模拟PCB的BCI測試

電磁環境效應(E3)

電磁環境是指存在于給定空(kōng)間所有電磁現(xiàn)象的總和(hé)，包括自(zì)然電磁環境和(hé)人爲電磁環境。前者如:雷電、靜電等，後者如:高(gāo)功率微波(HPM)、超寬帶(UWB)、高(gāo)空(kōng)核爆電磁脈沖(HEMP)等電磁脈沖源産生的輻射環境。這(zhè)些(xiē)危害源總體或某一種對(duì)裝備或生物體的作(zuò)用(yòng)效果稱作(zuò)“電磁環境效應”。電磁環境效應很(hěn)難進行測試，因此仿真技術發揮越來(lái)越重要的作(zuò)用(yòng)。通過CST工(gōng)作(zuò)室套裝，可以仿真在雷擊(Lightning)、強電磁脈沖(EMP)及高(gāo)強度輻射場(HIRF)等電磁環境下(xià)對(duì)設備造成的電磁幹擾。

 

雷擊(Lightning):某時(shí)刻下(xià)機身碳纖維複合材料表面的功率損耗密度分布

系統級仿真

有時(shí)，系統的一部分會(huì)幹擾另一部分。完整的系統仿真和(hé)混合仿真可以用(yòng)來(lái)建模和(hé)仿真電磁場在整個系統内的傳播，以便表征諸如系統間耦合和(hé)射頻幹擾等效應。對(duì)于這(zhè)些(xiē)應用(yòng)，CST工(gōng)作(zuò)室套裝具備将不同求解器鏈接在一起進行混合仿真的能(néng)力。除了(le)混合電纜求解器外(wài)，CST工(gōng)作(zuò)室套裝還允許使用(yòng)真正的瞬态場路聯合仿真将電路和(hé)全波3D仿真關聯起來(lái)，從(cóng)而允許在IBIS，SPICE或Touchstone文(wén)件中包含非線性組件，以将其包含在3D模型中。所有求解器集成在一個用(yòng)戶界面中，允許用(yòng)戶在單個軟件包中進行真正系統級的仿真工(gōng)作(zuò)。

 

傳導發射:變頻驅動(VFD)電機控制器，電路級模型(左)和(hé)3D表面電流(右)

總結

CST工(gōng)作(zuò)室套裝爲電子設備的電磁兼容仿真提供了(le)先進的解決方案，覆蓋了(le)PCB闆級、機箱機櫃級、線纜線束級、系統平台級等各類EMC問題的仿真，所有求解模塊高(gāo)度集成于統一的界面下(xià)，結合其系統裝配建模(SAM)技術框架，能(néng)夠真正實現(xiàn)系統級EMC仿真。其具有以下(xià)功能(néng)特點:

專業的CAD和(hé)EDA導入接口 基于規則的電路闆檢查與信号規格庫 包含時(shí)域、頻域多種算(suàn)法在内的全波三維解算(suàn)器 支持任意複雜(zá)度的專用(yòng)電纜求解器 支持頻域和(hé)真正的時(shí)域場路耦合仿真 六面體網格技術結合獨有的理(lǐ)想邊界拟合(PBA)和(hé)薄片技術(TST)對(duì)複雜(zá)的三維模型無需進行任何簡化即可快(kuài)速精确的剖分 支持IBIS、SPICE和(hé)Touchstone等格式的器件模型 能(néng)夠輸出各類0D、1D、2D和(hé)3D結果，包括近場和(hé)遠場，柱面掃描，S / Z / Y參數，RLC提取，時(shí)域和(hé)頻域電壓和(hé)電流等 具備先進的高(gāo)性能(néng)計(jì)算(suàn)功能(néng)，包括多核并行、多節點并行(MPI)、GPU加速、分布式計(jì)算(suàn)(DC)等