PCB 及机箱设备 EMC 辐射分析 张伟 / 高级应用工程师 ANSYS 中国 1 2017 ANSYS, Inc.
传统 EMC 设计弊端 产品 EDA 开发 整机装配 EMC 测试 测试超标 整机装配 电路加工 电路系统改板 EMC 定位测试 重复多次整改, 无法满足性能要求, 严重耽误交付周期! NO EMC 测试 OK EMC 测试超标 EMC 认证测试通过 2 2017 ANSYS, Inc.
EMC 设计新流程 虚拟仿真技术! EDA/CAD 设计 EDA/CAD 设计 加工测试 传统设计流程 加工测试 新型设计流程 3 2017 ANSYS, Inc.
仿真技术对产品开发的影响 解决的设计问题 ANSYS 仿真促进产品开发 传统分析和 CAD 修改设计成本 传统的设计 制造 和检测 修改设计成本 修改设计成本 前期中期后期 产品研发 4 2017 ANSYS, Inc.
ANSYS EMC 分析解决方案 5 2017 ANSYS, Inc.
ANSYS 低频 EMC 传导解决方案 Noise (db V) Q3D 互连寄生参数 场路协同 120 Simulated Total EMI Spectrum Simulated EMI PExprt 电感 变压器快速设计和方案优选 Simplorer 机电系统电路 及传导干扰分析 -20 0.15 0.3 1 3 10 30 模型动态链接 Frequency (MHz) 100 80 60 40 20 0 CISPR A CISPR B Maxwell 场路协同 电感 变压器精确电磁性能分析 参数计算和降价模型提取 6 2017 ANSYS, Inc.
ANSYS 高频 EMC 辐射解决方案 S 11 : Return Loss S 21 : Insertion Loss Icepak 电子热仿真工具 误码率 高频 S 参数分析 Push excitation ECU PCB 电磁干扰 辐射场 Siwave PCB 专用仿真工具 HFSS 三维结构全波电磁场仿真工具 Q3D(cable modeling) 寄生参数提取工具 场路协同 Add model Designer (SI/RF option) 高速 / 射频电路系统 信号质量 仿真电路 线缆寄生参数 HPC\ DSO\ OPT\ Alinks \ PrePost\ SPM\ DM 干扰 / 噪声 PCB 机箱辐射远场辐射方向图设备 RE102 辐射发射电磁泄露分析 7 2017 ANSYS, Inc. ESD 抗扰 频谱分析
案例分析 1. 电路板信号 电源噪声辐射仿真 2. PCB 线缆机箱设备的辐射发射仿真 3. 外界强电磁环境下设备的辐射受扰仿真 8 2017 ANSYS, Inc.
案例 1: 电路板信号电源噪声辐射 9 2017 ANSYS, Inc.
PCB 的 SI/PI/EMC 概念 Signal Integrity Reflection Delay, a skew Signal Cross talk Jitter Integrity Impedance matching Output Controller IC Signals Input Memory IC EMI / EMC Common mode signal Power supply and Grand noise EMI / EMC Keep low impedance GND VCC 10 2017 ANSYS, Inc. Power Integrity SSO/SSN Power Integrity Plain resonance Keep low impedance of PDS
Y1 [V] ANSYS PCB SI/PI/EMC 分析 信号眼图 1.30 1.28 1.25 1.23 1.20 1.18 Voltage Waveforms at Receivers 电源波动 Nexxim1 Curve Info V(AD_AINN:9 AIN-:D4_rx) Transient1 V(AD_AINP:8 AIN+:D4_rx) Transient1 V(AD_DN0:G7 IO_L0N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DN1:J8 IO_L3N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DN2:G9 IO_L2N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DN3:F8 IO_L1N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DN4:E5 IO_L18N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DN5:E7 IO_L5N_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP0:H7 IO_L0P_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP1:H8 IO_L3P_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP2:F9 IO_L2P_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP3:F7 IO_L1P_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP4:D5 IO_L18P_16:D1_rx) Transient1 V(AD_DP5:E8 IO_L5P_16:D1_rx) Transient1 1.15 1.13 1.10 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 Time [ns] 11 2017 ANSYS, Inc.
PCB 辐射分析 SIwave 与 designer 的场路协同 12 2017 ANSYS, Inc.
噪声辐射分析 近场辐射分布 13 2017 ANSYS, Inc.
电源阻抗自动优化 电源去耦网络阻抗自动优化模块, 考虑电容容值, 布局位置, 焊盘等细节影响 实时显示 Z11 频响曲线 本地电容 添加电容到优化对象 电容库筛选 14 2017 ANSYS, Inc.
阻抗自动优化 多种优化方案 阻抗得到改善 各个方案细节 15 2017 ANSYS, Inc.
PCB 时域电源抖动的改善 电源波动 - 优化前后后 16 2017 ANSYS, Inc.
PCB 对外辐射分析 17 2017 ANSYS, Inc.
PCB 近场优化对比 PCB 电源优化前 PCB 电源优化后 18 2017 ANSYS, Inc.
案例 2: 设备级 (PCB 线缆机箱 ) 辐射发射 19 2017 ANSYS, Inc.
机箱联合 PCB 线缆的辐射分析 Siwave PCB 分析 Q2D 线缆截面场 HFSS 设备三维电磁场 20 2017 ANSYS, Inc. circuit 电路分析
PCB 机箱联合 Siwave 完成近场分析 联合三维电磁场工具 HFSS, 可完成整设备的 EMI 分析 HFSS 连接 Siwave 近场数据 21 2017 ANSYS, Inc.
辐射数据多样化接口 测试获得的辐射数据 22 2017 ANSYS, Inc.
电缆辐射 cable modeling 技术 Q3D 线缆截面场分析 HFSS 线缆敷设场 Circuit 电路噪声分析 23 2017 ANSYS, Inc.
PCB 线缆机箱联合场分析 各位平面位置的场强分布 24 2017 ANSYS, Inc.
设备 RE102 辐射 后处理结果 -RE 辐射发射曲线 25 2017 ANSYS, Inc.
案例 3: 外界强电磁环境下设备的辐射受扰 噪声源空间辐射敏感设备 PCB 电路耦合? 线缆耦合? 机箱屏蔽泄露? 26 2017 ANSYS, Inc.
A: 通过 PCB 耦合噪声 最强电场强度 Emax HFSS 建立机箱的电磁泄露分析 PCB 面电场强度 27 2017 ANSYS, Inc.
SIwave 平面波照射分析 照射方向 电场强度 28 2017 ANSYS, Inc.
关键电路感应电压噪声 29 2017 ANSYS, Inc.
B: 通过线缆耦合噪声 DB9 连接器 PCB 线缆 当在外界电磁波干扰的环境之下, 线缆易形成天线效应, 将不需要的电磁波能量接收下来, 形成辐射干扰 30 2017 ANSYS, Inc.
HFSS 建立多端口模型 求解空间的背面设置为 Redation 求解空间的上下侧面设置为 PerfectE 串口负载端口 串口驱动电路端口 K E H 求解空间的左右侧面设置为 PerfectH 电磁脉冲端口 31 2017 ANSYS, Inc.
电磁波辐射场图 空间场分布 线缆感应电流 32 2017 ANSYS, Inc.
屏蔽线缆 RS 分析 连接器屏蔽层与机壳搭接有 0.5mm 缝隙 屏蔽双绞线缆 当屏蔽双绞线缆的屏蔽层没有和机壳形成良好搭接, 将影响整个电路的抗干扰特性 33 2017 ANSYS, Inc.
RS485 线缆感应电流 500Mhz, 1w 噪声干扰下最大感应电流密度约为 2A/m 非良好搭接 500Mhz, 1w 噪声辐射下最大感应电流约为零 良好搭接 34 2017 ANSYS, Inc.
电路分析时域特征 35 2017 ANSYS, Inc.
时域干扰波形 36 2017 ANSYS, Inc.
感谢聆听 37 2017 ANSYS, Inc.