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EMI和EMC自动化工具的最全面介绍

对于设计工程师来说,有多种替代性的自动EMI / EMC工具,包括设计规则检查器,它检查PCB(印刷电路板)是否能够满足预定的设计规则;准静态模拟器,可以用来提取电感,电容的参数。当元件的尺寸远小于工作波长时,可以使用电阻和电阻,这是一种快速计算器,用于通过基于解析方程和全波数值模拟技术的计算机来计算简单的应用。这些自动化工具可用于解决不同设计步骤中的不同EMI / EMC问题。但是,没有自动化工具能够分析总体设计并准确预测系统将发生的问题。

PCB规则检查工具

PCB设计非常复杂,以至于涉及到许多层和线。对于工程师来说,手动检查每个EMI / EMC密钥网络的路由非常困难且无聊。自动化工具能够从CAD文件中提取PCB设计,并向用户报告违反设计规则的位置。一般而言,这些软件工具可以使用户预先确定设计规则作为限制条件,甚至可以在可用PCB技术和速度的条件下创建新规则。

在PCB设计期间可以重复使用PCB规则检查器,以确保设计不会违反重要的EMC规则。如果仅在最后的设计步骤中检查PCB,则按照规则进行修改可能会花费很多时间,甚至无法实施。在设计期间检查PCB设计可以避免遵循以下EMC规则进行大规模修改。

PCB设计规则检查器以很高的速度运行,并检查每个PCB的设计规则。但是,这些工具仅向用户提供了一些提示,而没有根据有关规则破坏的严重性顺序提供指令。一些新出现的PCB软件检查工具能够关联规则破坏现象,并反映有关信号数据速率和规则破坏程度的信息,这对于设计人员消除特定的规则破坏事件是有利的。

模拟工具

应用仿真工具来准确地分析整个系统的一小部分。无论供应商提供多大的屏幕捕获,当前的EMI / EMC建模工具都无法“完成所有工作”,因为建模不能替代软件工程师,而仅仅是EMI / EMC工程师使用的一种工具。要求EMI / EMC工程师确定需要进行正向分析和建模的设计部分。

一般而言,需要针对未解决的问题建立多等级模型,并且上一等级的模型的仿真结果将输入信息提供给下一等级的模型。该方法通过分别处理每个部分中的特殊问题并整合结果来优化模型。因此,与一度过于“笨拙”的建模相比,多级仿真能够更大范围地分析问题。此外,EMI / EMC工程师需要更好地了解问题和建模技术,以找到更多的多级仿真划分点。

一种。准静态模拟器

准静态模拟器用于提取系统组件的电感,电容和电阻的参数,例如连接器的电参数。但是,组件的尺寸必须远远小于具有最大频率的谐波的波长。这种类型的工具能够快速计算等效电路的参数,并且该参数可以在电路仿真器中应用例如SPICE。就实现准静态条件而言,条件之一是要求建模对象必须具有较小的电气尺寸。这种类型的模拟由电场和磁耦合组成,没有波的传输延迟,这是因为建模对象的电气尺寸很小,因此无法引起电场和磁场之间的耦合延迟。如果零件不能满足小尺寸的要求,则必须采用全波建模方法。

b。全波仿真工具

与准静态仿真器不同,全波仿真工具对组件的电气尺寸要求不高。取而代之的是,麦克斯韦方程组无需简化即可完全求解,全波电磁建模技术可使用多种类型的样式。全波仿真工具作为最好的仿真技术,已经成为开发人员和教育工作者最常用的仿真工具,同时也受到了最多的争议。许多全波仿真技术仅应用于特定的结构,并且针对不同问题的计算方法修改非常复杂。一些全波仿真技术通常不被应用,需要对电磁知识和建模技术有深入的了解。而且,

不同的全波仿真技术在不同方面具有优势,最好的建模技术是找到适合特定问题的特定仿真要求。最普遍的EMI / EMC全波仿真建模技术包括矩量法(MoM),时域有限差分法(FDTD),有限元方法(FEM),传输线矩阵(TLM)和部分元等效电路(PEEC)技术。这些不同的全波仿真技术实际上是麦克斯韦方程组的不同体现。例如,MoM应用Maxwell方程的积分方程。要求将导体/金属切成小电气尺寸的单元(导体每一级上的电流应该是恒定的)。可以通过源计算其他组件单元上的电流和所有电流。一旦获得所有导体单元上的电流,就可以最终计算出整体产生的电场和/或磁场。

• FDTD:Maxwell方程中的微分形式在FDTD中应用于相邻的空气介质,并且通过金属和电介质的组合进行通用建模。与模拟对象兼容的空间被分为电气尺寸较小的体积元素。每个体积元素由介电常数(ε),磁导率(μ)和电导率(δ)定义。顾名思义,FDTD主要应用于时域,因此模型能够接收以脉冲为激励函数的宽带响应。通过对FDTD的仿真,可以将时域解转化为频域解。

• FEM:这是麦克斯韦方程式的另一种形式,其典型应用是频率解。同样,模型中的空气和所有其他材料也必须分成电气尺寸小的单位。有限元法应用变分技术来求解麦克斯韦方程。

• TLM:作为麦克斯韦方程式的另一种形式,典型的应用是时域求解。基本上,将建模对象的空间区域划分为多个3D传输线节点,在每个3D传输线节点上,可以通过节点阻抗来推断传输/反射。每个单元与一个节点兼容。

• PEEC:这项技术是EMI / EMC领域中最新的全波方法,采用麦克斯韦方程组的积分形式,其中单位场之间的所有关系都由电路关系代替。所有单元之间的连接均通过局部互感和电​​容实现。应用诸如SPICE之类的求解器来模拟整个电路,并将解决方案的电流和电压参数转换为MoM之类的字段。

到目前为止,仿真工具变得如此强大,工程师不得不依赖它们。但是,它们不能代替工程师对电磁和EMI / EMC设计的基本理解。对于初级仿真,建议新手工程师接受一些培训,并参考一些学习资料,以掌握如何将整个产品/设备分成多个仿真模块并解释仿真结果。最后,他们应该学会验证仿真结果是否可以正确反映建模对象并确保与基本物理理论的兼容性。

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