EMC/EMI模拟仿真与PCB设计相结合
在PCB设计中,EMC/EMI主要分析布线网络本身的信号完整性,实际布线网络可能产生的电磁辐射和电磁干扰以及电路板本身抵抗外部电磁干扰的能力,并且依据设计者的要求提出布局和布线时抑制电磁辐射和干扰的规则,作为整个PCB设计过程的指导原则。
具体来说,信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析,阻抗匹配分析,信号过冲分析,信号时序分析,信号强调分析等;对于邻近布线网 络上不同信号之间的串扰分析。在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的几何拓扑结构,PCB绝缘层的电介质特性以及每一布线层的电气特性。
电磁辐射分析主要考虑PCB板与外部的接口处的电磁辐射,PCB板中电源层的电磁辐射以及大功率布线网络动态工作时对外的辐射问题。如果电路设计中采用了 捆绑于大功率IC上的散热器(例如奔腾处理器外贴的金属散热器),那么这样的散热器在电路动态工作中如同天线一样不停地向外辐射电磁波,因此必须列为 EMC分析的重点。
现在已经有了抑制电子设备和仪表的EMI的国际标准,统称为电磁兼容(EMC)标准,它们可以作为普通设计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的准则,对于军用电子产品设计者来说,标准会更严格,要求更苛刻。
对于高速数字电路设计,尤其是总线上数字信号速率高于50MHz时,以往采用集总参数的数学模型来分析EMC/EMI特性显得无能为力,设计者 们更趋向于采用分布参数的数学模型做布线网络的传输线分析(TALC)。对于多块PCB板通过总线连接而成的电子系统。还必须分析不同PCB板之间的电磁 兼容性能。EMC/EMI元件库的支持
如今一块电路板可能包括上百种来自于不同厂家、功能各异的电子元器件,设计者要进行EMC/EMI分析就必须了解这些元器件的电气特性,之后才 能具体模拟仿真。这在以往看来是一项艰巨的工作,现在由于有了IBIS和SPICE等数据库的支持,使得EMC分析的问题迎刃而解。
鉴于SPICE3,HSPICE,PSPICE 这些数据模型已为广大的电路设计者所熟知,在此着重介绍IBIS。IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一种通过测量或电路仿真得到,基于V/I曲线的I/O缓冲器的快速而精确描述电气性能的模 型。1990年由INTEL牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定了IBIS V1.0的行业标准,经过不断的完善和发展,于1997年更新为IBIS V3.0。
PCB设计是一门很深的学问,需要充分掌握多学科的知识才能设计出完美的PCB。在PCB的EMC设计考虑中,首先涉及的便是层的设置;单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成;在产品的EMC设计中,除了元器件的选择和电路设计之外,良好的PCB设计也是一个非常重要的因素。
印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部接口、内部的电磁保护、散热等因素布局。我们常用的设计软件有Altium Designer 、Cadence Allegro、PADS等等设计软件。
功率密度是指燃料电池能输出最大的功率除以整个燃料电池系统的重量或体积,单位是瓦/公斤或瓦/升。功率密度是汽车车载充电器和服务器电源等高度受限系统环境中的主要指标。务必要减小电磁干扰 (EMI) 滤波器元件的体积,从而确保解决方案能够满足严苛的外形尺寸要求。
目前我国很多企业缺乏针对产品 EMC 设计的流程和方法,很多工程师也没有接受过系统的 EMC 培训 ,因此相比其他功能性能测试,电磁兼容测试是电子工程师最头痛的一项。很多电子设备在设计之初是不知能否通过电磁兼容性考核的,一般是通过 EMC 测试,发现不符合项,进行整改,再次进行相关测试,直到通过考核为止。如果工程师缺乏相应的整改经验,则会出现遇到问题不知如何下手,或是进行初步整改无法通过试验后,不知该如何进一步实施整改。利用电磁兼容风险评估方法,可以根据各风险要素的影响程度快速找到整改方向,实施整改措施。
本文首先概述了在复杂的电子系统中电源带来的严重问题:即EMI,通常简称为噪声。电源会产生EMI,必须加以解决,那么问题的根源是什么?通常有何缓解措施?本文介绍减少EMI的策略,提出了一种解决方案,能够减少EMI、保持效率,并将电源放入有限的解决方案空间中。