杏彩电磁兼容仿真概念分析与实际运用

跟着产品复杂性和密布度的进步以及规划周期的不断缩短,在规划周期的后期处理电磁兼容性(EMC)问题变得越来越不切合实践。在较高的频率下,你一般用来核算EMC的经历规律不再适用,并且你还可能简单误用这些经历规律。成果,70% ~ 90%的新规划都没有经过第一次EMC测验,然后使后期重规划本钱很高,假如制作商延误产品发货日期,损失的销售费用就更大。为了以低得多的本钱断定并处理问题,规划师应该考虑在规划进程中及早选用协作式的、依据概念剖析的EMC仿真。

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

较高的时钟速率会加大满意电磁兼容性需求的难度。在千兆赫兹范畴,机壳谐振次数添加会增强电磁辐射,使得孔径和缝隙都成了问题;专用集成电路(ASIC)散热片也会加大电磁辐射。此外,办理机构正在制定规章来确保越来越高的频率下的顺应性。再则,当工程师计划把辐射器规划到体系中时,对集成无线功用(如Wi-Fi、蓝牙、WiMax、UWB)这一趋势提出了进一步的应战。

 

杏彩传统的电磁兼容规划办法

 

正常状况下,电气硬件规划人员和机械规划人员在考虑电磁兼容问题时各自为营,彼此之间根本不交流或很少交流。他们在规划期间常常运用经历规律,希望这些规律足以满意其规划的器材要求。在规划到达较高频率然后在测验中导致失败时,这些电磁兼容规划规矩有不少变得陈腐过期。

 

在规划阶段之后,规划师制作原型并对其进行电磁兼容性测验。当规划中考虑电磁兼容性太晚时,这一进程往往会出现种种EMC问题。对规划进行贵重的修正一般是仅有可行的挑选。当规划从体系概念规划转入详细规划再到验证阶段时,规划修正常常会添加一个数量级以上。所以,对规划作出一次修正,在概念规划阶段只消耗100美元,到了测验阶段可能要消耗几十万美元以上,更不必提对面市时刻的负面影响了。

 

杏彩电磁兼容仿真的应战

 

为了在实验室中一次经过电磁兼容性测验并确保在预算内准时交货,把电磁兼容规划作为产品生产周期不可分割的一部分是十分必要的。规划师可凭借麦克斯韦(Maxwell)方程的3D解法就能到达这一意图。麦克斯韦方程是对电磁相互作用的简明数学表达。但是,电磁兼容仿真是核算电磁学的其它范畴中并不常见的难题。

 

典型的EMC问题与机壳有关,而机壳对EMC影响要比对EMC功用十分重要的插槽、孔和缆线等要大。准确建模要求模型包含大巨细小的细节。这一要求导致很大的纵横比(最大特征尺度与最小特征尺度之比),然后又要求用精密栅格来解析最精密的细节。紧缩模型技能可使您在仿真中包含大巨细小的结构,而无需过多的仿真次数。

 

另一个难题是你必须在一个很宽的频率范围内完结EMC的特性化。在每一采样频率下核算电磁场所需的时刻可能是令人望而生畏的。比如传输线办法(TLM)等的时域办法可在时域内选用宽带鼓励来核算电磁场,然后能在一个仿真进程中得出整个频段的数据。空间被划分为在正交传输线交点处建模的单元。电压脉冲是在每一单元被发射和散射。你能够每隔一定的时刻,依据传输线上的电压和电流核算出电场和磁场。

 

EMC仿真可得出准确的成果。图1对装在一块底板上的三种模块装备(即1块、2块和3块模块)的辐射功率核算值(赤色)与辐射功率实测成果(蓝色)进行了比较。辐射功率核算值以1nw 为基准,单位为dB 。你能够把多个模块装备的谐振峰值方位存在的小差异归因于在丈量中难以将多个模块准确对准。值得注意的是,因为三种装备的输入功率都相同,所以辐射功率的谐振峰值和起伏的差异仅仅是因为体系布局不同引起的。

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

潜在运用范畴

 

EMC仿真可用于检测元件和子体系,如散热器接地的辐射散布对频率特性影响,也可用于点评接地技能、散热器形状的影响及其它因数。此外,你还可比较不同通风口尺度与形状以及金属厚度的屏蔽作用。在该范畴的最新运用中,有一项研讨工作是对选用大口径通风口进行送风并经过放置两块背靠背间隔很小的板来到达屏蔽作用这种办法进行评价。

 

EMC仿真也适用于体系级电磁兼容规划和优化,以便核算宽带屏蔽作用、宽带电磁辐射、3-D远场辐射图、用来模仿转台式丈量状况的柱形近场电磁辐射以及用以完成可视化,有助于断定电磁兼容热门方位的电流和电磁场散布。典型的体系级EMC运用有:确保最大屏蔽作用的机壳规划,机壳内元件散布方位的EMC 作用评价,体系表里缆线耦合的核算以及缆线辐射作用的检测。EMC仿真还有助于发现有害电磁波在机壳和子体系中的机理,如空腔谐振,穿过孔、插槽、接缝和其他机座开口处的电磁辐射,经过缆线的传导辐射,与散热器、其他元件的耦合,以及光学元件、显现器、 LED和其他安装在机座上的元件固有的寄生波导。

 

杏彩接头类型对EMC 的影响

 

你能够运用简单而快速树立的机壳模型来进行接缝装备方面的规划折衷。图2对对接接头发生的辐射与重叠机壳接缝发生的辐射作出评价。经过比较相对的屏蔽水平,工程师就能够依据机壳的EMC预算和完成特定规划装备的本钱来做出决议。仿真进程中添加内部元件仅仅对仿真时刻发生很小的影响,所以规划师能够方便地在引起插槽谐振间耦合、谐振腔形式以及与内部结构的交互作用的实在环境下对接缝屏蔽作用进行评价。插槽走漏的规划规矩不适用于以上几个因素,会导致本钱昂扬的过规划和欠规划。

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

EMC仿真的典型运用是评价通风板的屏蔽作用。现在尽管有避免EMC走漏的通风板规划规矩,但EMC仿真能准确地猜测比较特别的结构,如具有大洞的背靠背通孔板、波导阵列等,并统筹温度和本钱约束条件。图3示出了具有圆孔或方孔的不同厚度通风板的屏蔽作用的核算成果。该图展现了这些通风板厚度(左)和孔形状(右)的屏蔽作用。

 

散热器辐射的评价

 

图4所示的EMC 仿真运用可断定一个散热器的电磁辐射。在这一简单模型中,一个就在该散热器下面的宽带信号源鼓励散热器,显现了散热器与其所衔接的IC之间的电磁耦合作用。该图示出了三种装备的辐射功率谱。很明显,辐射电平与几许形状和频率有关。尽管较小的散热器接地可下降频段低频部分的辐射,但会使频段中频部分的辐射增大。

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

处理电缆耦合问题

 

图5示出了用EMC仿真用来测定体系级电缆耦合的状况。EMC 仿真东西的几许结构由一个19英寸机架内的三个网络集线器组成。一条四线带状电缆将上下两个集线器中的印制电路板与中心集线器衔接起来。中心集线器含有该模型中的仅有EMC信号源。EMC仿真东西核算出由中心集线器耦合到上部集线器印制电路板衔接线的电流巨细。耦合电流在600MHz和800 MHz两个频率点显现出两个强谐振。处理这类问题的一种常用办法是在受到影响的电缆上增强滤波功用,然后再凭借仿真测定此影响。下边的曲线表明,添加一个低通滤波器可减小谐振频率上耦合电流的起伏,但却不能将其消除。这是一种“应急的”办法,因为它没有从根本上处理问题。

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

EMC仿真可使电缆耦合运用的内涵物理进程一望而知,找到问题的本源。在600MHz测定中央集线器内部的电场散布,便可断定电场热门,再由电场热门断定在电缆邻近发生高电场的空腔谐振。用一块金属隔板把集成器阻隔起来,就可有效抑制空腔谐振形式并消除耦合(图6)。

 

电磁兼容(EMC)仿真概念剖析与实践运用

 

您可用EMC仿真来断定和处理因温升而修正规划所引起的问题。树立在企业存储体系的控制器节点(基本上是飞跃双处理器核算机)模型上的这一技能就是一个比如。在将这一规划制作成硬件之后,就用一些热管替代本来规范的飞跃芯片散热器,这些热管的占用面积与散热器相同,但高度高一些,所用散热片是水平的,而不是笔直的。

 

一个宽带仿真东西可核算出体系的电磁辐射。在这一实例中,工程师之所以对由体系中一个120MHz振动信号引起的辐射进行阻隔感兴趣,乃是因为丈量成果表明存在一个问题。因而,在核算宽带呼应之后,工程师在后处理中运用直接鼓励来提取对所需源信号的呼应,然后发生图中的离散谐波。这一辐射在120MHz振动频率的主谐波频率上添加约40dB。很显然,这样一种不会发生有害的热规划修正却会对体系EMC顺应性发生如此大而吓人的影响。

 

发现问题本源后,您就能够探究经济实惠的处理方案。在本例中,将导热管顶部与机壳盖之间衔接一根地线消除容性耦合途径,就是一种低本钱的极好办法。详细的做法是,将一小块涂有导电胶的防电磁干扰垫片贴于热管顶部散热片上,这样与机壳顶盖触摸就会揉捏垫片,构成一根接地线。图8示出了电磁辐射图,其间包含热管接地后的成果。这种办法使得辐射与本来的状况实践上相同,然后在对辐射不发生负面影响的状况下改进了热功用。

 

在规划进程中尽早选用EMC仿真,可在制作原型前研讨和猜测要害的EMC现象,然后在满意EMC要求和进步屏蔽作用两方面优化电子产品规划。与先制作原型,再从EMC视点优化产品的做法比较,现代仿真东西可使规划师评价更多的规划,到达史无前例的水平。此外,值得注意的是,你不能够孤登时进行EMC 规划,因为因为EMC原因而进行规划修正常常会影响其他规划问题,如热办理。因而,有意义的是,EMC 仿真东西可使规划师归纳考虑EMC 和其他重要规划约束条件,以使体系总本钱和体系功用最佳。