EMI，EMC的案例
案例·方法｜高性能數字、混合信號和射頻RF無線產品的EMI/EMC及共存仿真
由于高速數字功能（HDMI2.0、USB3.1、LP/DDR4、CPU……）的日益集成，要達到EMI/EMC標準（電磁干擾和兼容性）已成為一項挑戰。此外，可能會出現與射頻無線/模擬接口（WiFi、藍牙、ZigBee…）共存的問題，從而導致電磁完整性問題及帶寬緊縮。在某些情況下，解決EMI/EMC問題需要重新設計產品并推遲批量生產。
基于我們在消費、移動、成像和汽車產品開發等領域的經驗，本文介紹了在評估、調查和解決輻射EMI/EMC/耦合問題的新型仿真方法開發中遇到的挑戰和取得的成就。
本文第一部分介紹了可能發生的射頻干擾實例和EMI/EMC標準。在此基礎上，通過實例分析，提出了Ansys電磁干擾/瞬態聯合仿真的流程和方法。強調了與測量的相關性的重要性，因為它可以進一步評估EM電磁緩解技術。
實現EMI / EMC標準并避免耦合問題的復雜性
1、EM Co-Existence耦合簡介
現代電子系統通常提供強大的功能集成（見圖1)，如高速數字鏈路(DDR、USB3.1、HDMI2.0等）和敏感模擬/RF射頻功能（WiFi 802.11或藍牙）。所有平臺功能的適當共存必須得到確保。數字接口通常被認為是潛在的 EMI aggressors電磁干擾源，可以與RF射頻無線系統同時激活。接下來的挑戰是確保在一個完整的系統中，每個單路射頻無線系統與獨立系統的射頻性能水平相同。
展開 使用有限元-邊界元方法進行電磁仿真
更方便地進行 EMI/EMC 測試
波動光學模塊
內置的波束包絡法克服了對與波長相當尺寸的幾何進行非散射電磁建模的障礙，非常適合于波導介質建模。不過，我們也可以使用 FEM-BEM 耦合來模擬散射電磁問題，從而避免處理網格剖分要求或幾何尺寸限制的問題。建立 EMI/EMC 測試臺模型就是這樣一個應用示例。例如，為了執行 RE102 軍事標準（高達 18GHz 的頻率）的發射測試，被測設備（DUT）和天線之間的距離是 1m。對于頻率為 18GHz 的信號，1m 的距離是波長的 60 倍，通過有限元建模這樣一個巨大的空間在計算上是非常耗時的。我們可以將被測設備和天線分離成兩個有限元域（當然，波長大小相當），并與 BEM 耦合，而不是在單個有限元中建模，如圖7所示。天線上檢測到的功率可以作為被測設備輻射電磁信號強度的一個衡量標準。
圖7.用于發射分析的 EMI/EMC 測試臺設置圖。
結語
由于網格要求和計算資源限制，電磁模擬受到限制，FEM-BEM 耦合為更廣泛的電磁仿真提供了可行的方法。在研究被測設備的 EMI/EMC 分析中的發射和抗擾度測試應用中，對 Friis 傳輸方程進行驗證使結果更加可靠。
本文內容來自 COMSOL 博客
展開 快速可靠，高度保真 | 《ANSYS汽車行業CAE經典應用案例》現已開放領取
座椅加熱EMI/EMC
2.3.4. HUD虛擬設計與優化
2.3.5. 視覺與人際工學
2.4. 車外
2.4.1. 智能頭燈虛擬測試
2.4.2. 車燈除霜/除霧
2.4.3. 鈑金沖壓
2.4.4. 裝配系統數字化工程
2.5. 動力總成-燃油
2.5.1. 渦輪增壓器轉子動力學
2.5.2. NVH與虛擬聲音設計
2.6. 動力總成-電驅動
2.6.1. 驅動電機多學科優化
2.6.2. 電驅動系統NVH
2.6.3. 高壓線纜EMI/EMC
2.6.4. 電池熱失控/熱濫用
2.6.5. 電池電熱耦合設計與優化
2.6.6. 電池BMS系統
2.6.7. 電驅動系統集成
2.7. 電子電氣
2.7.1. PCB板級可靠性
2.7.2. 電子設備散熱/冷卻
2.7.3. 電氣部件振動
2.7.4. 部件級EMI/EMC
2.7.5. 天線射頻干擾
2.7.6. 天線設計與天線布局
2.8. 自動駕駛
2.8.1. 攝像頭虛擬設計
2.8.2. 攝像頭硬件再環
2.8.3. 毫米波雷達
2.8.4. 夜間/霧天激光雷達性能
2.8.5. 邊緣場景自動識別
2.8.6. 功能安全
2.8.7. 預期功能安全（SOTIF）
2.9. 制造
2.9.1. 車輛防銹
2.9.2. 電極涂層質量提升
2.9.3. 電泳
2.9.4. 型材模具擠壓成型
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展開 Ansys EMI 瞬態聯合仿真方法
由于高速數字功能（HDMI2.0、USB3.1、LP/DDR4、CPU……）的日益集成，要達到EMI/EMC標準（電磁干擾和兼容性）已成為一項挑戰。此外，可能會出現與射頻無線/模擬接口（WiFi、藍牙、ZigBee…）共存的問題，從而導致電磁完整性問題及帶寬緊縮。在某些情況下，解決EMI/EMC問題需要重新設計產品并推遲批量生產。 基于我們在消費、移動、成像和汽車產品開發等領域的經驗，本文介紹了在評估、調查和解決輻射EMI/EMC/耦合問題的新型仿真方法開發中遇到的挑戰和取得的成就。
本文第一部分介紹了可能發生的射頻干擾實例和EMI/EMC標準。在此基礎上，通過實例分析，提出了Ansys電磁干擾/瞬態聯合仿真的流程和方法。強調了與測量的相關性的重要性，因為它可以進一步評估EM電磁緩解技術。
實現EMI / EMC標準并避免耦合問題的復雜性
EM Co-Existence耦合簡介
現代電子系統通常提供強大的功能集成（見圖1)，如高速數字鏈路(DDR、USB3.1、HDMI2.0等）和敏感模擬/RF射頻功能（WiFi 802.11或藍牙）。所有平臺功能的適當共存必須得到確保。數字接口通常被認為是潛在的 EMI aggressors電磁干擾源，可以與RF射頻無線系統同時激活。接下來的挑戰是確保在一個完整的系統中，每個單路射頻無線系統與獨立系統的射頻性能水平相同。
圖1：一個帶有WiFi和其他高速接口和IP的機頂盒的示例:HDMI, DDR3…
HDMI2.0和(LP)DDR3/4標準是高密度、高速接口，這可能會產生許多潛在的耦合問題。通道的共模(CM)和差模(DM)激勵（特別是差分時鐘）會產生很強的EMI電磁干擾。 接收機系統應能夠處理以天線參考靈敏度所表征的非常小的信號。
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網絡研討會報名 | Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例分享
一款電子產品若要實現成功設計，需要針對其電源完整性、信號完整性和熱完整性的共同分析，但面對諸如電磁干擾 (EMI)、串擾、電源完整性、過熱等等問題時又很難預測，測量起來也很昂貴。Ansys 信號完整性 (SI) 分析產品對于現代高速電子設備中的高速串行通道、并行總線和完整的供電系統設計十分重要，有助于在設計早期發現布局前和布局后的功率和信號完整性問題，可預測 EMI/EMC、電源完整性和信號完整性等問題, 從而在構建和測試前優化系統性能，減少高速數字系統的信號完整性問題，提高其可靠性和性能，從而一次性成功完成設計。
Ansys SIwave 是一個專業化的設計平臺，可實現 IC 封裝和 PCB 的電源完整性、信號完整性和 EMI 分析。它可幫助用戶建模、仿真和驗證現代高性能電子產品中的高速通道和完整電力傳輸系統，并滿足嚴格的 EMI/EMC 標準，這是將電子/電氣產品推向市場的關鍵。Ansys 仿真解決方案可大幅節省昂貴的 EMI/EMC 測試費用，從而提升產品系統性能并降低成本，加速上市為企業帶來競爭優勢。近期，我們還將上線全新網絡研討會系列——「Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例分享」，歡迎報名！
展開 行業應用方案 | 電磁兼容EMI/EMC
支持零部件級的特征化建模優化分析，例如變壓器、EMI濾波器件、外殼屏蔽，PCB的電磁輻射、線纜輻射等；支持設備級的電磁兼容分析，例如開關電源系統傳導干擾、PCB系統聯合機箱、線纜的輻射發射、輻射受擾等；同時也支持環境級的電磁兼容分析，例如機載、車載、艦載多天線系統的共址干擾等。
行業應用方案 | 電磁兼容EMI/EMC
以低頻三維電磁場軟件Maxwell為核心，結合機電電路仿真系統以及功率器件建模工具，建立場路協同仿真系統，搭建完整的低頻電力系統模型，從而獲得傳導干擾數據，進行產品系統的EMC優化分析；
高速、射頻系統，主要關注空間電磁輻射以及高速傳導的電磁兼容問題，以高頻三維電磁場軟件HFSS為核心，支持芯片器件、芯片封裝、PCB系統、線纜線束、包含外殼的整機系統的任意建模與聯合整機仿真，進行對應EMC測試項目的仿真優化分析，同時結合多射頻系統干擾分析軟件EMIT，可以實現環境級的大型空間電磁兼容仿真。
Ansys解決方案，從零部件、子系統、設備整機以及環境級的角度，對產品系統進行靈活的EMC虛擬建模分析，提前發現問題及缺陷，及時完成EMC設計優化，更好地幫助產品的EMC設計，縮短產品研發周期，降低設計成本。
展開 6/16 | HFSS技術突破與應用場景更新——高頻電磁兼容
使得EMI/EMC問題逐漸成為產品設計的重大挑戰之一。
利用現代仿真技術可以讓設計人員提前發現產品潛在的電磁兼容性問題，減少測試次數和迭代周期，滿足產品的合規性，最終實現降低研發成本。
本次線上技術交流將給大家介紹全新版本HFSS在系統級EMI/EMC方面的仿真應用，主要包括：電大平臺場景多射頻系統的干擾問題、人體的電磁暴露問題 、HIRF/EMP等全系統電磁兼容問題。
采訪 | Ansys HFSS 新功能Mesh Fusion背后的故事
MC：我們有一個具體的案例，一家消費類電子客戶需要就其一款新產品開展EMI/EMC仿真。現在，事實證明EMI/EMC仿真是一個真正受益于HFSS網格融合功能的特定應用場景，因為該應用通常在其最復雜的設計階段應用仿真，特別是在系統裝配和設計的收尾階段。
該客戶的產品（上圖）是一個觸摸顯示器，它由許多薄層介質和導體組成，其中包括觸摸面板的電容傳感器陣列。客戶采用EMI/EMC測試暗室的完整模型來對顯示器外殼內的觸摸面板以及暗室中的EMI測試天線進行仿真。因為無法對如此復雜的模型生成初始網格，如果沒有HFSS網格融合功能，幾乎無法對這個問題進行求解。借助HFSS網格融合功能，首次仿真即可成功。因此，我們幫助客戶節約了大量時間，這也說明HFSS網格融合功能可完成此前認為不可能實現的仿真。
SIJ：工程師開展上述工作需要Ansys哪些軟件工具呢？
MC：只需要HFSS就能實現。另外，由于HFSS網格融合功能主要用于解決大型復雜問題，因此我們可利用產品HPC的功能，從而支持更多內核和網絡節點以更快地解決問題。此外，不到兩年的時間內，我們已經在微軟 Azure支持的Ansys Cloud上成功部署了HFSS，從而給工程師提供了按需訪問額外硬件的機會，助力他們采用為解決設計難題而推出的HFSS網格融合功能來應對更困難的設計挑戰。
關于作者
Janine Love擔任《信號完整性雜志》的編輯，與編輯人員和咨詢委員會展開密切合作，為讀者提供數字、視頻和印刷形式的高質量技術內容。此外，她還擔任EDI CON技術項目總監和《微波雜志》的特約編輯。
展開 采訪 | Ansys HFSS 新功能Mesh Fusion背后的故事
MC：我們有一個具體的案例，一家消費類電子客戶需要就其一款新產品開展EMI/EMC仿真。現在，事實證明EMI/EMC仿真是一個真正受益于HFSS網格融合功能的特定應用場景，因為該應用通常在其最復雜的設計階段應用仿真，特別是在系統裝配和設計的收尾階段。
該客戶的產品（上圖）是一個觸摸顯示器，它由許多薄層介質和導體組成，其中包括觸摸面板的電容傳感器陣列。客戶采用EMI/EMC測試暗室的完整模型來對顯示器外殼內的觸摸面板以及暗室中的EMI測試天線進行仿真。因為無法對如此復雜的模型生成初始網格，如果沒有HFSS網格融合功能，幾乎無法對這個問題進行求解。借助HFSS網格融合功能，首次仿真即可成功。因此，我們幫助客戶節約了大量時間，這也說明HFSS網格融合功能可完成此前認為不可能實現的仿真。
SIJ：工程師開展上述工作需要Ansys哪些軟件工具呢？
MC：只需要HFSS就能實現。另外，由于HFSS網格融合功能主要用于解決大型復雜問題，因此我們可利用產品HPC的功能，從而支持更多內核和網絡節點以更快地解決問題。此外，不到兩年的時間內，我們已經在微軟 Azure支持的Ansys Cloud上成功部署了HFSS，從而給工程師提供了按需訪問額外硬件的機會，助力他們采用為解決設計難題而推出的HFSS網格融合功能來應對更困難的設計挑戰。
關于作者
Janine Love擔任《信號完整性雜志》的編輯，與編輯人員和咨詢委員會展開密切合作，為讀者提供數字、視頻和印刷形式的高質量技術內容。此外，她還擔任EDI CON技術項目總監和《微波雜志》的特約編輯。
展開 電磁仿真在PCB、封裝、芯片上的應用
這時候我們必須得借助軟件，分析封裝芯片的線路布局、走線交叉、參考平面變化、屏蔽層和過孔檢查，快速定位電路板上潛在問題，避免引起EMI/EMC、SI 或PI 等錯誤。
規則檢查
隨著微電子技術的飛速發展，芯片的尺寸越來越小，同時運算速度越來越快，發熱量也就越來越大，這就對芯片的散熱提出更高的要求。設計人員就必須采用先進的散熱工藝和設計合理的散熱方式來有效的帶走熱量，保證芯片在所能承受的最高溫度以內正常工作。而對于一些大功率器件，其內部的焦耳熱也不可忽視，這時我們可以先對器件進行電磁分析后，在進行電/熱耦合迭代分析，計算焦耳熱；
采訪 | Ansys HFSS 新功能Mesh Fusion背后的故事
MC：我們有一個具體的案例，一家消費類電子客戶需要就其一款新產品開展EMI/EMC仿真。現在，事實證明EMI/EMC仿真是一個真正受益于HFSS網格融合功能的特定應用場景，因為該應用通常在其最復雜的設計階段應用仿真，特別是在系統裝配和設計的收尾階段。
該客戶的產品（上圖）是一個觸摸顯示器，它由許多薄層介質和導體組成，其中包括觸摸面板的電容傳感器陣列。客戶采用EMI/EMC測試暗室的完整模型來對顯示器外殼內的觸摸面板以及暗室中的EMI測試天線進行仿真。因為無法對如此復雜的模型生成初始網格，如果沒有HFSS網格融合功能，幾乎無法對這個問題進行求解。借助HFSS網格融合功能，首次仿真即可成功。因此，我們幫助客戶節約了大量時間，這也說明HFSS網格融合功能可完成此前認為不可能實現的仿真。
SIJ：工程師開展上述工作需要Ansys哪些軟件工具呢？
MC：只需要HFSS就能實現。另外，由于HFSS網格融合功能主要用于解決大型復雜問題，因此我們可利用產品HPC的功能，從而支持更多內核和網絡節點以更快地解決問題。此外，不到兩年的時間內，我們已經在微軟 Azure支持的Ansys Cloud上成功部署了HFSS，從而給工程師提供了按需訪問額外硬件的機會，助力他們采用為解決設計難題而推出的HFSS網格融合功能來應對更困難的設計挑戰。
關于作者
Janine Love擔任《信號完整性雜志》的編輯，與編輯人員和咨詢委員會展開密切合作，為讀者提供數字、視頻和印刷形式的高質量技術內容。
展開 干貨｜6個和高速PCB相關的疑難問題
3、在高速PCB設計時，設計者應該從那些方面去考慮EMC、EMI的規則呢？
一般EMI/EMC設計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(conducted)兩個方面。前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz)。所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分。
一個好的EMI/EMC設計必須一開始布局時就要考慮到器件的位置，PCB疊層的安排，重要聯機的走法，器件的選擇等，如果這些沒有事前有較佳的安排，事后解決則會事倍功半，增加成本。
例如時鐘產生器的位置盡量不要靠近對外的連接器，高速信號盡量走內層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續以減少反射，器件所推的信號之斜率(slew rate)盡量小以減低高頻成分，選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應是否符合需求以降低電源層噪聲。
另外，注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loop impedance 盡量小)以減少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。最后，適當的選擇PCB 與外殼的接地點(chassis ground)。
4、在做PCB板的時候，為了減小干擾，地線是否應該構成閉和形式？
在做PCB板的時候，一般都要減小回路面積，以便減少干擾。布地線的時候，也不應布成閉合形式，而是布成樹枝狀較好，還有就是要盡可能增大地的面積。
展開 如何模擬真實的電波暗室環境
計算得到的 VSWR 平均值近似為 3:1，性能接近雙圓錐天線商規產品的 EMI/EMC 測量結果。
70 MHz 下的三維遠場模式，類似于典型半波偶極天線的模式。
三維遠場輻射模式顯示出與 H 平面相同的全向特征。根據建模配置建議，我們現在只需要不到 2 GB 的內存就能計算遠場輻射模式及擁有輕量六邊形框架的雙圓錐天線的 VSWR 值。因此，與完整全寂室仿真相比，我們可以更輕松快速地完成模型設定。
Ansys整車線纜電磁兼容解決方案及最佳實踐
汽車行業的EMI/EMC認證挑
戰
1、電子系統日益復雜的車輛需要通過 EMC 測試
‐ 智能座艙、無人駕駛、新能源動力系統等
2、EMC實驗測試昂貴且冗長
‐ 戴姆勒投資約 5000 萬歐元新建 EMC 測試設施
‐ 超過200人在這個設施工作，多班倒
3、由于 EMC 測試失敗導致量產推遲，可能會花費數百萬美元
4、銷售后發現的 EMC 問題可能具有巨大的成本，包括直接（召回和修復）和間接（公司形象）
‐ 更糟的是涉及汽車制造商責任的事故
‐ 在 AD/ADAS 中，電纜串擾可能會導致事故
全車虛擬EMI/EMC測試
ANSYS電磁兼容仿真能力
組件到板級，再到系統級 EMC 分析
EMA3D整車EMC仿真解決方案
通用汽車整車輻射發射案例_HFSS
EMA3D平臺級電纜系統設計挑戰
汽車復雜線束分析
ANSYS EMA3D Cable應用場景
典型成功案例
? Embraer使用EMA3D, CST和Feko，需要仿真在包括所有電纜的E2機型上的雷擊
? Embraer工程師評估：將所有電纜導入CST可能需要3年時間
? Engineers
展開 