仿真实例137——基于CST 3D Combined功能的以太网口RE仿真
作者 | Zhou Ming
以太网（ Ethernet ）是应用最广泛的局域网通讯接口之一，在计算机设备、交换机、路由器、消费类电子产品上有大量的应用。以太网口的RE问题一直是产品设计的难点，很容易导致EMC测试超标，EMC工程师需要花费大量的时间去定位和整改。通过CST电磁仿真，工程师可以搞清楚网口RE问题产生的机理，在设计阶段对RE结果进行量化评估，即使出现了测试问题也能快速地找到解决办法。
系统级仿真方法的选择
以太网口RE仿真属于系统级仿真，在建模时需要考虑复杂的PCB、结构、cable、测试场地、电场接收探针等关键因素。为了解决系统级EMC仿真难题，从2023版本开始，CST推出了3Dcombined功能，可以把3D模型和cable模型放在一起计算S参数，然后在电路中进行combine。这种方法完美的解决了长激励信号仿真慢的问题，非常适合系统级EMC仿真，进一步提升了CST的EMC仿真优势。
基于3D combined功能，客户可以选择两种系统级RE仿真方法。
方法一，“PCB+结构+cable工作室建模”+ 3D Combine方法，如下图所示。这种方法把PCB、结构、cable模型放在一起建模，cable模型与PCB之间通过“Connectto 3D”实现连接，利用时域T求解器计算完整的S参数矩阵，然后在Schematic中进行3D Combine，得到远场RE结果。
方法二，“PCB+结构”提取S参数+“cable工作室”提取S参数+ 3D Combine方法，如下图所示。这种方法先把“PCB+结构”单独计算S参数，再单独计算cable的S参数，然后在Schematic中进行3DCombine，得到远场RE结果。
本案例中我们重点介绍第二种方法。
网口隔离变压器的建模
网口的隔离变压器对共模噪声能起到很好的隔离作用，其内部结构非常复杂，3D建模难度太大，可以利用网分测试变压器的S参数，用来替代真实的变压器。
通过仿真我们可以看到网口隔离变压器在125M的差模插损是-0.78dB，共模插损是-26.9dB。
利用cable工作室创建网线模型
根据网上查到的CAT6网线规格，在cable工作室中输入铜线直径、绝缘层厚度、线缆直径等参数，完成以太网线的建模。
网口RJ45连接器的建模
网口RJ45由插头和插座组成，这部分模型最好联系生产厂家提供3D模型，这样既能确保模型精度，也能降低建模的难度。
创建好的RJ45连接器与PCB组装到一起，这样就完成了PCB和结构部分的建模。
创建RE测试场景模型
RE测试的场地是半电波暗室，是在电磁屏蔽室的基础上，在墙面及天花板上贴装吸波材料，地面为理想的反射面，从而模拟开阔场地的测试条件。为了模拟半电波暗室，地面设置为电边界，其他为Open边界。测试设备（EUT）和辅助设备（AE）的布置要与实际保持一致，cable的长度和布置也要与实际一致。
为了模拟接收天线和转台，需要在周围3m远的位置设置E-probe，如下图所示。
创建系统级电路模型
切换到电路工作室，导入PCB的S参数模型，在电路中把PCB和cable连接到一起，Simulation mode选择3D combined，如下图所示。
创建Simulationtask，可以选择Trans或者AC。Trans的激励源是时域信号，可以导入实测的共模信号波形，或者对某一固定频率信号（例如125M、250M等）做精确的RE量化评估；AC的激励源是频域信号，适合于分析整个系统的谐振情况。
我们选择ACtask，共模激励源设置为2mV，勾选上Combine Results。点击update，开始计算。
仿真结果分析
以千兆网口为例，时钟频率是125MHz，通常RE超标的频点是125MHz及其倍频（250M、375M、500M等），因此在这些频点上如果出现谐振，是非常容易导致RE测试fail。导致出现谐振的原因主要是PCB、结构和cable，感兴趣的小伙伴还可以修改模型的尺寸，观察谐振点的变化，对于我们学习RE辐射机理是非常有帮助的。
案例的最后，以下几个问题留给大家思考：
网口RE辐射为什么以共模为主？
网口RE辐射的共模路径是什么？
哪些因素可能会影响共模辐射的结果？
网口隔离变压器模型如何建模？
如何测试网口差分线的共模噪声大小？
选择什么样的系统级仿真方法？
屏蔽网线如何建模？
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