达索系统CST电子设备电磁兼容仿真解决方案

Writer： 华星信息技术 更新时间：2020-03-28 16:04

电磁兼容性(EMC)是任何电子设备研发的重要组成部分。根据法律规定，产品必须符合相关的EMC标准才能进行销售，这些标准规定了电磁辐射以及电气和电子系统的敏感性。一个成功的产品必须在EMC和产品竞争力的设计要求(如尺寸，成本和性能)之间取得平衡，这会给工程师带来重大挑战。越早发现潜在的EMC问题，其对设计过程的影响就越小。通过在早期阶段纳入符合EMC标准的设计，以后可避免进一步昂贵的开发迭代。使用CST工作室套装(CST Studio Suite)在第一个原型制造完成之前，可以从设计过程的最开始就提前发现潜在的EMC问题并解决之。该软件拥有最完备的技术，包括一系列求解器，既有PCB规则检查模块，又有可对PCB和线缆线束等进行三维全波仿真的求解器，基于系统装配建模技术(SAM)可自动混合调用不同求解器，从而完成包含芯片封装、PCB、线缆线束、机箱机柜及三维结构平台在内的完整系统级EMC仿真。

EMC仿真:以太网连接器周围的电流泄漏

发射

发射包括辐射发射和传导发射。寄生耦合在非预期区域产生电流和场。导线，走线，接缝和金属部件(如散热器)都可以像天线一样工作，从而产生辐射发射，而电缆和印刷电路板可以将传导发射从系统的一个部分传输到另一部分。由于发射对其他设备造成的风险，EMC法规严格限制了设备允许产生的发射。通过适当的屏蔽设计可降低发射，但是屏蔽会增加产品的成本，重量和外形尺寸，因此重点还是要从降低发射源考虑。使用CST BOARDCHECK进行设计规则检查可以快速分析PCB中潜在的EMC和SI / PI问题，并能自动高亮显示出问题可能产生的区域。一旦发现潜在问题，可以使用专门的SI和PI求解器以及CST的三维全波求解器来模拟设计，以便进行更彻底的分析。三维全波求解器可以精确计算器件的辐射电磁场，这对于高速电子器件是经常会遇到的问题，同样的，也可以精确计算可能导致传导发射问题的器件上的电磁耦合。电力电子设备的低频EMC也可以使用作为CST工作室套装组成部分的电路求解器进行分析。

 

辐射发射:PCB在设备中的辐射电场

敏感性

另一方面，器件的敏感性或抗扰度是衡量外部干扰源对其产生干扰可能性的衡量标准。敏感性同时也确立了辐射限制，许多EMC法规还规定了电子器件允许的最大敏感性。产品必须在其环境中安全运行，因此必须能够免受辐射或传导耦合等外部影响，这可能会影响被测设备(DUT)的性能或导致其失效。这种事件对被测器件的影响很难通过测试和测量来追踪，而耦合路径往往不清楚。通过CST工作室套装的仿真可以显示设备内部的场和电流 - 例如，来自ESD或BCI事件 - 使工程师能够识别关键区域和不可预见的耦合路径，以便应用对策。

静电放电:高精度ESD

 

大电流注入:

模拟PCB的BCI测试

电磁环境效应(E3)

电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现象的总和，包括自然电磁环境和人为电磁环境。前者如:雷电、静电等，后者如:高功率微波(HPM)、超宽带(UWB)、高空核爆电磁脉冲(HEMP)等电磁脉冲源产生的辐射环境。这些危害源总体或某一种对装备或生物体的作用效果称作“电磁环境效应”。电磁环境效应很难进行测试，因此仿真技术发挥越来越重要的作用。通过CST工作室套装，可以仿真在雷击(Lightning)、强电磁脉冲(EMP)及高强度辐射场(HIRF)等电磁环境下对设备造成的电磁干扰。

 

雷击(Lightning):某时刻下机身碳纤维复合材料表面的功率损耗密度分布

系统级仿真

有时，系统的一部分会干扰另一部分。完整的系统仿真和混合仿真可以用来建模和仿真电磁场在整个系统内的传播，以便表征诸如系统间耦合和射频干扰等效应。对于这些应用，CST工作室套装具备将不同求解器链接在一起进行混合仿真的能力。除了混合电缆求解器外，CST工作室套装还允许使用真正的瞬态场路联合仿真将电路和全波3D仿真关联起来，从而允许在IBIS，SPICE或Touchstone文件中包含非线性组件，以将其包含在3D模型中。所有求解器集成在一个用户界面中，允许用户在单个软件包中进行真正系统级的仿真工作。

 

传导发射:变频驱动(VFD)电机控制器，电路级模型(左)和3D表面电流(右)

总结

CST工作室套装为电子设备的电磁兼容仿真提供了先进的解决方案，覆盖了PCB板级、机箱机柜级、线缆线束级、系统平台级等各类EMC问题的仿真，所有求解模块高度集成于统一的界面下，结合其系统装配建模(SAM)技术框架，能够真正实现系统级EMC仿真。其具有以下功能特点:

专业的CAD和EDA导入接口 基于规则的电路板检查与信号规格库 包含时域、频域多种算法在内的全波三维解算器 支持任意复杂度的专用电缆求解器 支持频域和真正的时域场路耦合仿真 六面体网格技术结合独有的理想边界拟合(PBA)和薄片技术(TST)对复杂的三维模型无需进行任何简化即可快速精确的剖分 支持IBIS、SPICE和Touchstone等格式的器件模型 能够输出各类0D、1D、2D和3D结果，包括近场和远场，柱面扫描，S / Z / Y参数，RLC提取，时域和频域电压和电流等 具备先进的高性能计算功能，包括多核并行、多节点并行(MPI)、GPU加速、分布式计算(DC)等