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[应用]CST PCB电磁兼容解决方案

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0楼发表于: 2009-08-18 15:57:31

出自：http://www.cst-china.cn/CST2009/application/emc/pcb/200908/1480.html

印制电路板（PCB：Printed Circuit Board）目前已广泛应用于电子产品中。随着电子技术的飞速发展，芯片的频率越来越高，PCB，特别是高速PCB面临着各种电磁兼容问题。传统的基于路的分析方法已经不能准确地描述PCB上各走线的传输特性，因此需要采用基于电磁场的分析方法充分考虑PCB上各分布式参数来分析PCB的电磁兼容问题。
CST是目前全球最大的纯电磁场仿真软件公司。其产品广泛应用于通信、国防、自动化、电子和医疗设备等领域。2007年CST收购并绝对控股了德国Simlab公司，将其下整个团队和软件全面纳入CST的管理和软件开发计划之中，同时在原有PCBMod软件基础上开发全新算法和功能，并更名为CST印制板工作室（CST PCB STUDIOTM）。通过把EMC仿真工作集成到整个产品的开发流程中去，可以帮助设计者大幅降低所设计产品通不过EMC测试的风险。这样既可以帮助设计者提升对电磁现象的理解同时还可以帮助设计者有效的判断哪种电磁设计可以提升产品的性能水平。
目前PCB的电磁兼容性问题大致可以分为三类：信号完整性（SI）、电源完整性（PI）和电磁辐射（EMI）。

印制板信号完整性SI
对于印制板整板或某些网络走线间的网络传递函数是描述印制板上信号线信号完整性以及信号线间串扰度的定量表征。CST印制板工作室采用2D边界元法（BEM）和2.5D部分元等效电路（PEEC）提取PCB Layout的分布式参数，并采用基于SPICE模型的仿真器对印制板进行信号完整性仿真。图1所示采用CST印制板工作室在时域上通过眼图对PCB走线的传输特性以及走线间的串扰进行分析。

图1 PCB模型

图2 输入、输出及串扰信号

除了CST印制板工作室，CST微波工作室也可以进行印制板的信号完整性分析。CST微波工作室是通用的高频无源仿真软件，集时域和频域算法为一体包含七种全波算法：时域有限积分、频域有限积分、频域有限元、模式降阶法、矩量法、多层快速多极子和本征模法。图3给出了CST仿真IBM复杂PCB并进行信号完整性分析的考题，仿真得到的电压延时与实测只差0.002ns。

图3 IBM考题实物模型

图4 仿真结果

印制板的电源完整性PI
实际情况下电源回路的阻抗不是恒定的，而是频率的某一函数。CST印制板工作室可以仿真由于印制板间各分布式参数导致的电源回路阻抗在各频带上特性，并可以帮助设计者发现高阻频段，通过改变布线或添加旁路电容等方法改善印制板的电源完整性。

图5 PCB回路阻抗仿真

随着当今集成电路对供电稳定性的要求，印制板设计工程师需要关注于低电压、低翻转门限与大电流、多层长线供电所造成的压降。利用CST电磁工作室的稳恒电流求解器可以仿真整个PCB的电压分布，如图6所示
图6 IR-Drop分析

印制板电磁辐射EMI )#%k/4(Y
对于电子产品的电磁辐射，国际电工委（IEC：International Electrotechnical Commission）制定了强制标准。通常，印制板都只是系统中的一部分，在进行电磁辐射分析的时候除了要考虑印制板本身的辐射问题外，还需要考虑系统中其它设备对对电磁辐射的影响，尤其是带有通风孔机箱的屏蔽效能。CST印制板工作室在进行SI仿真的同时，可以得到印制板上电流分布的幅度和相位信息，并通过与CST微波工作室的协同将该电流分布作为激励源，然后再加上机箱，充分考虑孔、缝对电磁辐射的影响。仿真的结果自动与内嵌的EMC国际标准限值进行对比，如图7所示。


图7 电磁辐射的协同仿真

因此利用CST仿真软件，根据不同的电磁兼容问题，选择合适的工作室和求解算法，可以有效地对印制电路板的电磁兼容问题进行分析。同时利用软件强大的图像显示功能，直观地反映电磁场的空间分布，从而帮助印制板工程师准确定位可能存在电磁兼容问题的区域，在产品的研发阶段及早发现并解决电磁兼容问题。
<关于CST>
CST是全球最大纯电磁场仿真软件公司，成立于1992年,总部位于德国达姆斯塔特市。其软件产品是CST专门面向3D电磁场设计者的一款最有效的、精确的三维全波电磁场仿真工具，覆盖静场、简谐场、瞬态场、微波毫米波、光波直到高能带电粒子的全电磁场频段的时域频域全波仿真软件！在3D仿真领域，CST产品已经占据绝对统治地位。
CST公司拥有200多名雇员和一个覆盖30多个国家和地区的分销网络。CST公司在过去的11年间以平均每年37％的增长率长足发展。2007年下半年，CST连续收购三家专业电磁软件公司(德国SimLab、德国LINMIC和英国Flomerics)，结合CST成熟平台形成了EMC精确场仿真领域中拥有算法最多、产品线最宽阔的领头羊，拥有PCB板级、线缆线束级、机箱机柜直至系统级全线电磁兼容仿真平台。
随着不断的技术突破和革新，CST已成为全球最大的纯电磁场仿真软件公司。CST致力于为各个行业提供高精度、多功能的电磁解决方案。CST在通信、国防、自动化、电子和医疗设备等领域都得到了广泛的应用，典型的客户如：IBM、Intel、Cisco、Mitsubishi、Samsung、Siemens、Nokia、Motorola等。
CST中国是德国CST公司在中国的分公司，简称CST China。中国总部位于上海市浦东新区张江高科技园区内，直接由德国CST总部人员进行管理和技术指导。在北京中关村，西安高新区设有办事处。公司全面负责除台湾以外的整个中国市场，销售CST公司的所有产品，为中国客户提供售前售后技术支持、设计咨询、培训和二次开发等全面服务。不仅如此，CST还不断致力于中国高校电磁兼容领域的发展，推动国内EMC技术的进步，CST在上海设立一个研发中心，在全国高校设立七个培训中心。
在中国，在商用市场上CST业绩赫然，客户遍布航天、航空、船舶、汽车、通信、电子电器、国防等各领域，获得科学院、研究所、高校、企业各类客户厚爱和赞赏。由于CST中国独有的强大研发能力，CST中国还获得了国家科技部创新基金的资助，开发基于国标和国军标的电磁兼容虚拟测试平台。CST软件已成为各类天线/RCS、EMC/EMI、场路协同、电磁温度协同和高低频协同仿真专 ..

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2009-08-18

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