預測EMC性能的數值模型

電磁兼容(EMC)輻射和敏感度測試的準備會讓人血壓上升。您的產品能通過測試嗎？如果有良好的設計習慣，并依賴對印刷電路板(PCB)布線、接地和屏蔽的直覺，應能減少一些緊張，但當要進入EMC實驗室時，仍會面臨一些不確定性。

為了減緩焦慮，你可以用軟件對集成電路(IC)、PCB 布線、元件布局、模塊設計和系統設計進行建模。這些建模工具可以使你在建立原型之前深入了解某一設計的性能表現。

工具的仿真特性可以使你評估設計中的各種折衷因素，以及它們如何影響EMC性能。正如 EMC 設計通常是符合性、成本和時間之間的一種權衡，建模也是正確性、復雜性和仿真時間之間的一種折衷。

許多電路設計者、系統工程師和 EMC 工程師都使用建模軟件來預測 EMC 性能。事實上，EMC 工程師通常會在硬件工程師開發電路，以及 PCB 設計者布局電路板以前，根據一些假設或設計規格進行系統建模。例如，在有些公司，機械工程師們會使用 EMC 建模工具，以了解一個設計中優化的冷卻系統對 EMC 有何不利影響。

這些工程師也可能同時工作，EMC 工程師為系統建模，而設計者開發電路和 PCB 布局。系統設計者或EMC工程師了解電磁干擾(EMI)源的大致位置，而且知道外殼與開口的尺寸，他們就可以著手在 PCB 設計者布線期間開發一個系統模型。EMC 工程師開始時通常只擁有不完全的信息，而在設計過程中，根據電路設計者提供的信息，為自己的模型增加詳細內容，如時鐘頻率和上升、下降時間。

檢查設計規則

IBM 的著名工程師 Bruce Archambault 稱，規則檢查軟件可以將設計規則應用于一塊電路板，它是現在EMC設計中最有用的工具之一。例如，一個規則檢查器可以告訴你時鐘信號是否布放得離 PCB 板邊緣過近，或者某只 IC 是否需要一個去耦電容。

今天有多種數值方法來解析 Maxwell 方程，并預測 EMC 性能。它們包括有限元建模(FEM)分析、傳輸線方法(TLM)、有限差分時域(FDTD)方法等。

商用軟件程序通常僅采用一種建模方法。例如，Ansys 的 IceWave 軟件使用 FDTD，而 Comsol 的 Multiphysics 軟件則使用 FEM，Flomerics 的 FLO/EMC 使用 TLM。Todd Hubing 博士的一篇通俗文章解釋了這些方法，以及它們的優缺點。

數值建模軟件通過解 Maxwell 方程，對一塊 PCB 周圍的 2 維或 3 維空間 E 場和 H 場建立模型。要解出 Maxwell 方程，你必須確定場在其中傳播的幾何尺寸。軟件為模型施加一個時域的高斯脈沖，并繪出響應曲線。一個脈沖會給你的模型引入很寬范圍的頻率。你可以將響應轉換到頻域，并將分析限制在感興趣的頻率內。系統模型

在系統級，EMC工程師使用基于假設和初步規格的建模工具。初始模型可能包含顯示器、電纜的位置以及諸如電源和 PCB 等輻射源，但不包括其它更多的內容。隨著設計的進展，工程師將增加 IC 位置、散熱器、屏蔽，以及來自 CAD 軟件包的更多精確幾何尺寸。EMC 工程師也可以獲得設計中所用材料的數據，建模軟件可將這些用于其計算。

圖 2 顯示的是一臺計算機輻射發散的仿真圖。圖中用彩色來表示場強。一般情況下，紅色表示最高的場強級。如果你對某個頻率的場有疑問(如時鐘頻率或其諧波)，則必須對每張圖設定感興趣的頻率范圍。

不過，EMC 建模并不只是針對電路板、模塊和系統，你也可以將其用于器件級。圖 3 是一個 IC 內部綁定線的 EMC 模型。一根線上原有電流或偶然電流都可以通過互感耦合到鄰線上，這會導致器件的功能故障。

即使這個相對簡單的模型也突顯了對某個器件或系統精確建模的復雜性。一個模型必須描述一根線兩端之間的電壓 (ΔV)。如果ΔV 大于 0V，則綁定線中將有電流流過。

一個四線的導納模型要求你