EMC&EMC仿真

EMC（電磁兼容）是指電子、電氣設備或系統在預期的電磁環境中，按設計要求正常工作的能力，包含EMI（電磁干擾）和EMS（電磁抗擾度）。

EMI(電磁干擾) ：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，不應產生超過相應標準所要求的電磁能量；

EMS（電磁抗擾度）：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，設備或系統能承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾

圖1 EMC測試項簡要分類

EMC問題的本質是SI（信號完整性）、PI（電源完整性）問題的延續，SI、PI和EMC是相互影響的，互相制約的，EMC問題是信號回路和電源回路泄露的能量導致的。

圖2 EMC與SIPI的關系

EMC（電磁兼容）仿真是基于軟件分析的一種電磁兼容正向設計方法。從功能上分為電源完整性仿真、信號完整性仿真、EMI和EMS仿真。從形式上分為電路模塊級、PCB級別和系統級的仿真。

EMC設計的挑戰與仿真的優勢

EMC設計的挑戰

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高密小型化不斷推進

• 器件間的間距不斷縮小，相互之間的干擾越來越明顯

• 走線密度快到了物理極限，信號間的噪聲干擾，僅憑經驗無法解決

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信號速率越來越大

• 噪聲帶寬也越來越寬，但屏蔽手段的帶寬沒有明顯變化

• 各種寄生雜散效應越來越明顯，已經不能忽略

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功率器件的功率和開關頻率越來越大

• 低頻高功率噪聲很難完全屏蔽或濾除

• 由功率器件泄露的電磁噪聲已經無處不在

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EMC標準要求越來越嚴格

• 車載EMC標準明顯嚴于通信EMC標準

隨著汽車電子的發展，特別是新能源互聯網汽車的興起，整車的EMC環境越來越惡劣，另一方面迫于成本的壓力，意味著在EMC方面的成本縮減，如：減少屏蔽線和金屬材料的使用，控制PCB面積和層數，提高芯片的集成度。

伴隨著國家和整車廠的EMC標準日益嚴苛，傳統的EMC設計面臨諸多挑戰，急需一種正向設計的方法來解決日益突出的EMC問題。區別于傳統EMC設計，EMC仿真作為正向設計方法逐漸受到業內青睞，它具有以下幾個優勢：

• 早期識別EMC風險點；

• 快速對比電磁干擾的變化，操作便利，可重復性高；

• 助力各種防護設計的評估計算，便捷建立干擾基線和敏感度規范；

• 可視化不同EMC設計的差異，將無形轉變成有形；

• 區別與傳統EMC定位是在EMC認證之后打補丁，解決問題方法單一，時間周期長，EMC仿真具備縮短開發周期，降低研發成本，控制設計風險的優點。

EMC主流仿真軟件

目前主流的EMC仿真軟件有ANSYS系列和CST系列

圖3 ANSYS與CST電磁仿真系列對比

ANSYS系列

圖4 基于ANSYS的電磁仿真板塊介紹

CST系列

圖5 基于CST的電磁仿真板塊介紹

EMC仿真思路&解決方案

基于項目開發的各階段，EMC仿真扮演著至關重要的角色，原理圖階段指導濾波器件選型，layout階段開展器件布局、走線方式、過孔設計等模塊級、板級甚至系統級的場路協同仿真，測試階段提供整改思路與解決方案。

圖6 樣品開發各階段EMC仿真扮演的角色

產品通常集成多種高頻IC器件，容易對外形成電磁干擾及被干擾的場景，關鍵PCB設計因素包括電源濾波，疊層，布局等會影響PCB整體的EMC性能，例如數模混合干擾，電源供電異常，對外輻射超標及輻射受擾等現象。基于電磁仿真軟件，結合場路協同實現整板建模，定義噪聲源信息或導入實測數據，分析EMI和EMS的傳播路徑，進行全波場路協同分析，通過諧振、S參數耦合度、濾波優化、串擾、輻射、回流路徑等功能發現PCB設計缺陷，從而及時采取優化措施。同時，結合外殼與線束進行雙向協同建模仿真，模擬測試環境，指導設計與整改。

圖7 EMC仿真開展的思路

聯合電子EMC仿真介紹

圖8 聯合電子EMC仿真

在原理圖階段，聯合電子熟練運用濾波電路、防護電路、器件選型、電源設計等仿真技術，并與實測結果能高度匹配；

在layout階段，聯合電子掌握器件布局、走線優化、過孔設計、噪聲模擬等，實現了場路協同的板級輻射、傳導發射與一系列抗干擾能力的EMC仿真技術，并已實現多個項目的EMC風險評估與產品設計；

在產品系統設計階段，聯合電子具備ESD（靜電放電）防護、EFT（脈沖群抗擾度）防護、Surge（浪涌抗擾度）防護、RE（輻射發射）、CE（傳導發射）等系統級仿真能力，應用于機械設計、線纜互連、接地設計等產品開發過程；

在測試與整改階段，EMC仿真指導產品整改優化，縮短產品開發周期，助力產品交付，并進行測試驗證進行迭代優化，實現設計成本降低，提高產品一次性成功的工程設計概率。

因此，將EMC仿真融入產品的各個階段，進行風險識別與主動防御，輸出設計規則，降低EMC風險轉變成EMC問題的概率并進行管控風險，應用仿真滲入研發流程，已然成為現代科技發展的必然趨勢。

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