如何在CST里面建立多端口集总元件

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？感谢阅读，如果觉得本篇文章有用，请点赞、收藏、在看或赞赏，分享给更多朋友了解和关注我们。来源：CST电磁兼容性仿真