達索系統CST電(diàn)子設備電(diàn)磁兼容仿真解決方案

Writer： 華星信息技(jì)術(shù) 更新時(shí)間(jiān)：2020-03-28 16:04

電(diàn)磁兼容性(EMC)是任何電(diàn)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标準才能進行(xíng)銷售，這些(xiē)标準規定了電(diàn)磁輻射以及電(diàn)氣和(hé)電(diàn)子系統的敏感性。一個(gè)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)之間(jiān)取得(de)平衡，這會(huì)給工程師(shī)帶來(lái)重大(dà)挑戰。越早發現潛在的EMC問題，其對設計(jì)過程的影(yǐng)響就越小(xiǎo)。通(tōng)過在早期階段納入符合EMC标準的設計(jì)，以後可(kě)避免進一步昂貴的開(kāi)發叠代。使用CST工作(zuò)室套裝(CST Studio Suite)在第一個(gè)原型制(zhì)造完成之前，可(kě)以從設計(jì)過程的最開(kāi)始就提前發現潛在的EMC問題并解決之。該軟件擁有(yǒu)最完備的技(jì)術(shù)，包括一系列求解器(qì)，既有(yǒu)PCB規則檢查模塊，又有(yǒu)可(kě)對PCB和(hé)線纜線束等進行(xíng)三維全波仿真的求解器(qì)，基于系統裝配建模技(jì)術(shù)(SAM)可(kě)自動混合調用不同求解器(qì)，從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內(nèi)的完整系統級EMC仿真。

EMC仿真:以太網連接器(qì)周圍的電(diàn)流洩漏

發射

發射包括輻射發射和(hé)傳導發射。寄生(shēng)耦合在非預期區(qū)域産生(shēng)電(diàn)流和(hé)場(chǎng)。導線，走線，接縫和(hé)金屬部件(如散熱器(qì))都可(kě)以像天線一樣工作(zuò)，從而産生(shēng)輻射發射，而電(diàn)纜和(hé)印刷電(diàn)路闆可(kě)以将傳導發射從系統的一個(gè)部分傳輸到另一部分。由于發射對其他設備造成的風險，EMC法規嚴格限制(zhì)了設備允許産生(shēng)的發射。通(tōng)過适當的屏蔽設計(jì)可(kě)降低(dī)發射，但(dàn)是屏蔽會(huì)增加産品的成本，重量和(hé)外形尺寸，因此重點還(hái)是要從降低(dī)發射源考慮。使用CST BOARDCHECK進行(xíng)設計(jì)規則檢查可(kě)以快速分析PCB中潛在的EMC和(hé)SI / PI問題，并能自動高(gāo)亮顯示出問題可(kě)能産生(shēng)的區(qū)域。一旦發現潛在問題，可(kě)以使用專門(mén)的SI和(hé)PI求解器(qì)以及CST的三維全波求解器(qì)來(lái)模拟設計(jì)，以便進行(xíng)更徹底的分析。三維全波求解器(qì)可(kě)以精确計(jì)算(suàn)器(qì)件的輻射電(diàn)磁場(chǎng)，這對于高(gāo)速電(diàn)子器(qì)件是經常會(huì)遇到的問題，同樣的，也可(kě)以精确計(jì)算(suàn)可(kě)能導緻傳導發射問題的器(qì)件上(shàng)的電(diàn)磁耦合。電(diàn)力電(diàn)子設備的低(dī)頻EMC也可(kě)以使用作(zuò)為(wèi)CST工作(zuò)室套裝組成部分的電(diàn)路求解器(qì)進行(xíng)分析。

 

輻射發射:PCB在設備中的輻射電(diàn)場(chǎng)

敏感性

另一方面，器(qì)件的敏感性或抗擾度是衡量外部幹擾源對其産生(shēng)幹擾可(kě)能性的衡量标準。敏感性同時(shí)也确立了輻射限制(zhì)，許多(duō)EMC法規還(hái)規定了電(diàn)子器(qì)件允許的最大(dà)敏感性。産品必須在其環境中安全運行(xíng)，因此必須能夠免受輻射或傳導耦合等外部影(yǐng)響，這可(kě)能會(huì)影(yǐng)響被測設備(DUT)的性能或導緻其失效。這種事件對被測器(qì)件的影(yǐng)響很(hěn)難通(tōng)過測試和(hé)測量來(lái)追蹤，而耦合路徑往往不清楚。通(tōng)過CST工作(zuò)室套裝的仿真可(kě)以顯示設備內(nèi)部的場(chǎng)和(hé)電(diàn)流 - 例如，來(lái)自ESD或BCI事件 - 使工程師(shī)能夠識别關鍵區(qū)域和(hé)不可(kě)預見的耦合路徑，以便應用對策。

靜電(diàn)放電(diàn):高(gāo)精度ESD

 

大(dà)電(diàn)流注入:

模拟PCB的BCI測試

電(diàn)磁環境效應(E3)

電(diàn)磁環境是指存在于給定空(kōng)間(jiān)所有(yǒu)電(diàn)磁現象的總和(hé)，包括自然電(diàn)磁環境和(hé)人(rén)為(wèi)電(diàn)磁環境。前者如:雷電(diàn)、靜電(diàn)等，後者如:高(gāo)功率微波(HPM)、超寬帶(UWB)、高(gāo)空(kōng)核爆電(diàn)磁脈沖(HEMP)等電(diàn)磁脈沖源産生(shēng)的輻射環境。這些(xiē)危害源總體(tǐ)或某一種對裝備或生(shēng)物體(tǐ)的作(zuò)用效果稱作(zuò)“電(diàn)磁環境效應”。電(diàn)磁環境效應很(hěn)難進行(xíng)測試，因此仿真技(jì)術(shù)發揮越來(lái)越重要的作(zuò)用。通(tōng)過CST工作(zuò)室套裝，可(kě)以仿真在雷擊(Lightning)、強電(diàn)磁脈沖(EMP)及高(gāo)強度輻射場(chǎng)(HIRF)等電(diàn)磁環境下對設備造成的電(diàn)磁幹擾。

 

雷擊(Lightning):某時(shí)刻下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(yǒu)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(kě)以用來(lái)建模和(hé)仿真電(diàn)磁場(chǎng)在整個(gè)系統內(nèi)的傳播，以便表征諸如系統間(jiān)耦合和(hé)射頻幹擾等效應。對于這些(xiē)應用，CST工作(zuò)室套裝具備将不同求解器(qì)鏈接在一起進行(xíng)混合仿真的能力。除了混合電(diàn)纜求解器(qì)外，CST工作(zuò)室套裝還(hái)允許使用真正的瞬态場(chǎng)路聯合仿真将電(diàn)路和(hé)全波3D仿真關聯起來(lái)，從而允許在IBIS，SPICE或Touchstone文件中包含非線性組件，以将其包含在3D模型中。所有(yǒu)求解器(qì)集成在一個(gè)用戶界面中，允許用戶在單個(gè)軟件包中進行(xíng)真正系統級的仿真工作(zuò)。

 

傳導發射:變頻驅動(VFD)電(diàn)機控制(zhì)器(qì)，電(diàn)路級模型(左)和(hé)3D表面電(diàn)流(右)

總結

CST工作(zuò)室套裝為(wèi)電(diàn)子設備的電(diàn)磁兼容仿真提供了先進的解決方案，覆蓋了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(yǒu)求解模塊高(gāo)度集成于統一的界面下，結合其系統裝配建模(SAM)技(jì)術(shù)框架，能夠真正實現系統級EMC仿真。其具有(yǒu)以下功能特點:

專業的CAD和(hé)EDA導入接口 基于規則的電(diàn)路闆檢查與信号規格庫 包含時(shí)域、頻域多(duō)種算(suàn)法在內(nèi)的全波三維解算(suàn)器(qì) 支持任意複雜度的專用電(diàn)纜求解器(qì) 支持頻域和(hé)真正的時(shí)域場(chǎng)路耦合仿真 六面體(tǐ)網格技(jì)術(shù)結合獨有(yǒu)的理(lǐ)想邊界拟合(PBA)和(hé)薄片技(jì)術(shù)(TST)對複雜的三維模型無需進行(xíng)任何簡化即可(kě)快速精确的剖分 支持IBIS、SPICE和(hé)Touchstone等格式的器(qì)件模型 能夠輸出各類0D、1D、2D和(hé)3D結果，包括近場(chǎng)和(hé)遠場(chǎng)，柱面掃描，S / Z / Y參數(shù)，RLC提取，時(shí)域和(hé)頻域電(diàn)壓和(hé)電(diàn)流等 具備先進的高(gāo)性能計(jì)算(suàn)功能，包括多(duō)核并行(xíng)、多(duō)節點并行(xíng)(MPI)、GPU加速、分布式計(jì)算(suàn)(DC)等