工程師必備的電磁干擾EMI和電磁兼容EMC自動化模擬工具

      對于設計工程師，有多種替代自動EMI / EMC工具，包括檢查PCB（印刷電路板）是否能夠滿足預定設計規則的設計規則檢查器，可用于提取電感，電容參數的準靜態模擬器當元件的尺寸遠小于工作波長時，電阻和電阻，用于通過基于解析方程的計算機計算簡單應用的快速計算器，以及全波數值模擬技術。這些自動化工具可用于解決不同設計步驟中的不同EMI / EMC問題。但是，沒有任何自動化工具能夠分析整體設計并準確預測將發生在系統中的問題。

PCB規則檢查工具
      PCB設計非常復雜，涉及到許多層和線，對于工程師來說，手動檢查每個EMI / EMC密鑰網絡的路由非常困難和無聊。自動化工具能夠從CAD文件中提取PCB設計，并向用戶報告違反設計規則的位置。一般而言，這些軟件工具可以允許用戶將設計規則預先確定為限制條件，甚至可以在可用PCB技術和速度的條件下創建新規則。

      PCB規則檢查器可以在PCB設計期間重復應用，以確保設計不違反重要的EMC規則，如果僅在終設計步驟中檢查PCB，則根據規則進行修改可能需要很長時間甚至無法實施。在設計期間對PCB設計的檢查導致避免基于以下EMC規則的大規模修改。

      PCB設計規則檢查器以非常大的速度運行并檢查每個PCB的設計規則，這些工具只是簡單地為用戶提供了一些提示，并且未能根據違反規則的嚴重性順序提供指令，一些PCB軟件檢查工具能夠將規則破壞現象與反映信號數據速率和規則破壞程度的信息聯系起來，有利于設計人員消除規則破壞的具體發生。

電磁兼容測試模擬工具
      應用仿真工具來精確分析整個系統的一小部分，無論供應商提供多么出色的屏幕捕獲，目前的EMI / EMC建模工具都無法完成“所有工作”，因為建模無法取代軟件工程師，而且它只是EMI / EMC工程師使用的工具之一。EMI / EMC工程師需要確定哪些設計部件需要正向分析和建模。

      一般而言，需要在未解決的問題上建立多級模型，并且后一級的模型的模擬結果向下一級的模型提供輸入信息。該方法通過分別處理每個部分中的特殊問題并對結果進行積分來優化模型。因此，與一次太“強力”的建模相比，多級仿真能夠分析更大規模的問題。此外，EMI / EMC工程師需要更好地了解問題和建模技術，以便找到更多的多級仿真分工點。

1、準靜態模擬器
      準靜態模擬器用于提取系統組件的電感，電容和電阻參數，例如連接器的電參數，然而，組件的尺寸必須遠小于具有大頻率的諧波的波長。這種類型的工具能夠快速計算等效電路的參數，并且參數可以應用于電路仿真器中比如SPICE。準靜態條件的實現條件之一在于要求建模對象必須具有小的電氣尺寸。這種類型的模擬包括電場和磁耦合而沒有波的傳輸延遲，這是因為該建模對象具有如此小的電尺寸以至于不能引起電場和磁場之間的耦合的延遲。如果組件不能滿足小尺寸的要求，則必須應用全波建模方法。

2、全波模擬工具
      與準靜態模擬器不同，全波模擬工具不需要對元件進行小的電氣尺寸，相反，麥克斯韋方程式在沒有簡化的情況下得到了完全解決，并且有多種類型的樣式可用于全波電磁建模技術。作為好的仿真技術，全波仿真工具已經成為開發人員和教育工作者常用的仿真工具，同時它也獲得了多的論證。許多全波模擬技術僅適用于特定結構，并且針對不同問題的計算方法修改是如此復雜。一般不應用某些全波模擬技術，需要在電磁知識和建模技術方面有深刻的理解。此外，

      不同的全波模擬技術在不同方面具有優勢，佳建模技術是找到適合某個問題的特定模擬要求，普遍的EMI / EMC全波仿真建模技術包括矩量法（MoM），有限差分時域（FDTD）技術，有限元法（FEM），傳輸線矩陣（TLM）和部分元件等效電路（PEEC）技術。這些不同的全波模擬技術實際上是麥克斯韋方程的不同表現形式。

      例如，MoM應用麥克斯韋方程的積分方程，需要將導體/金屬切割成具有小電氣尺寸的單元（導體的每個級上的電流應該是恒定的）。可以通過源計算其他組件單元上的電流和所有電流。一旦獲得所有導體單元上的電流，就可以終計算出總的產生的電場和/或磁場。

? FDTD：麥克斯韋方程中的微分形式應用于FDTD，相鄰介質為空氣，并且通過金屬和電介質的組合進行通用建模。與模擬對象兼容的空間被分成具有小電尺寸的體積元素。每個體積元素由介電常數（ε），磁導率（μ）和電導率（δ）定義。顧名思義，FDTD主要應用于時域，因此模型能夠接收以脈沖為激勵函數的寬帶響應。在FDTD仿真之后，時域解可以轉換為頻域解。

? FEM：它是麥克斯韋方程中的另一種形式，其典型應用是頻率解。同樣，模型中的空氣和所有其他材料必須分成電氣尺寸小的單元。通過FEM應用變分技術來解決麥克斯韋方程。

? TLM：作為麥克斯韋方程組的另一種形式，典型應用在于時域解決方案。基本上，建模對象的空間區域被劃分為多個3D傳輸線節點，在每個傳輸線節點上可以通過節點阻抗來推斷傳輸/反射。每個單元與一個節點兼容。

? PEEC：該技術是EMI / EMC領域中新的全波方法，在麥克斯韋方程中具有整數形式，其中單位場之間的所有關系都被電路關系取代。所有單元之間的連接通過局部互感和電容實現。諸如SPICE的求解器用于模擬整個電路，并且解決方案將電流和電壓參數轉換為諸如MoM的字段。

      到目前為止，仿真工具變得如此強大，以至于工程師必須依賴它們，但是，它們無法取代工程師對電磁和EMI / EMC設計的基本理解。對于初級仿真，建議新手工程師進行一些培訓并參考一些學習材料，掌握如何將整個產品/設備劃分為多個仿真模塊并解釋仿真結果。

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