随着产品复杂性和密集度的提高以及设计周期的不断缩短,在设计周期的后期解决电磁兼容性(EMC)问题变得越来越不切合实际。在较高的频率下,你通常用来计算EMC的经验法则不再适用,而且你还可能容易误用这些经验法则。结果,70% ~ 90%的新设计都没有通过第一次EMC测试,从而使后期重设计成本很高,如果制造商延误产品发货日期,损失的销售费用就更大。为了以低得多的成本确定并解决问题,设计师应该考虑在设计过程中及早采用协作式的、基于概念分析的EMC仿真。
传统的电磁兼容设计方法 正常情况下,电气硬件设计人员和机械设计人员在考虑电磁兼容问题时各自为政,彼此之间根本不沟通或很少沟通。他们在设计期间经常使用经验法则,希望这些法则足以满足其设计的器件要求。在设计达到较高频率从而在测试中导致失败时,这些电磁兼容设计规则有不少变得陈旧过时。
电磁兼容仿真的挑战 为了在实验室中一次通过电磁兼容性测试并保证在预算内按时交货,把电磁兼容设计作为产品生产周期不可分割的一部分是非常必要的。设计师可借助麦克斯韦(Maxwell)方程的3D解法就能达到这一目的。麦克斯韦方程是对电磁相互作用的简明数学表达。但是,电磁兼容仿真是计算电磁学的其它领域中并不常见的难题。
对装在一块底板上的三种模块配置 潜在应用领域 EMC仿真可用于检测元件和子系统,如散热器接地的辐射分布对频率特性影响,也可用于评价接地技术、散热器形状的影响及其它因数。此外,你还可比较不同通风口尺寸与形状以及金属厚度的屏蔽效果。在该领域的最新应用中,有一项研究工作是对采用大口径通风口进行送风并通过放置两块背靠背间隔很小的板来达到屏蔽效果这种方法进行评估。
接头类型对EMC 的影响 你可以使用简单而快速建立的机壳模型来进行接缝配置方面的设计折衷。图2对对接接头产生的辐射与重叠机壳接缝产生的辐射作出评估。通过比较相对的屏蔽水平,工程师就可以根据机壳的EMC预算和实现特定设计配置的成本来做出决定。仿真过程中增加内部元件仅仅对仿真时间产生很小的影响,所以设计师可以方便地在引起插槽谐振间耦合、谐振腔模式以及与内部结构的交互作用的真实环境下对接缝屏蔽效果进行评估。插槽泄漏的设计规则不适用于以上几个因素,会导致成本高昂的过设计和欠设计。 EMC仿真的典型应用是评估通风板的屏蔽效果。现在虽然有防止EMC泄漏的通风板设计规则,但EMC仿真能精确地预测比较特殊的结构,如具有大洞的背靠背通孔板、波导阵列等,并兼顾温度和成本约束条件。图3示出了具有圆孔或方孔的不同厚度通风板的屏蔽效果的计算结果。该图展示了这些通风板厚度(左)和孔形状(右)的屏蔽效果。 散热器辐射的评估 图4所示的EMC 仿真应用可确定一个散热器的电磁辐射。在这一简单模型中,一个就在该散热器下面的宽带信号源激励散热器,显示了散热器与其所连接的IC之间的电磁耦合作用。该图示出了三种配置的辐射功率谱。很明显,辐射电平与几何形状和频率有关。虽然较小的散热器接地可降低频段低频部分的辐射,但会使频段中频部分的辐射增大。 解决电缆耦合问题 图5示出了用EMC仿真用来测定系统级电缆耦合的情况。EMC 仿真工具的几何结构由一个19英寸机架内的三个网络集线器组成。一条四线带状电缆将上下两个集线器中的印制电路板与中间集线器连接起来。中心集线器含有该模型中的唯一EMC信号源。EMC仿真工具计算出由中间集线器耦合到上部集线器印制电路板连接线的电流大小。耦合电流在600MHz和800 MHz两个频率点显示出两个强谐振。解决这类问题的一种常用方法是在受到影响的电缆上增强滤波功能,然后再借助仿真测定此影响。下边的曲线表明,增加一个低通滤波器可减小谐振频率上耦合电流的幅度,但却不能将其消除。这是一种“应急的”方法,因为它没有从根本上解决问题。 EMC仿真可使电缆耦合应用的内在物理过程一目了然,找到问题的根源。在600MHz测定中央集线器内部的电场分布,便可确定电场热点,再由电场热点确定在电缆附近产生高电场的空腔谐振。用一块金属隔板把集成器隔离起来,就可有效抑制空腔谐振模式并消除耦合(图6)。 用一块金属隔板把集成器隔离起来 您可用EMC仿真来确定和解决因温升而修改设计所引起的问题。建立在企业存储系统的控制器节点(基本上是奔腾双处理器计算机)模型上的这一技术就是一个例子。在将这一设计制作成硬件之后,就用一些热管代替原来标准的奔腾芯片散热器,这些热管的占用面积与散热器相同,但高度高一些,所用散热片是水平的,而不是垂直的。
来源:微波射频网 |
|