仿真实例 | 基于Ansys的PCB板级电磁兼容

PCB板上的各个芯片之间都需要有信号及电源走线面进行相互连接，随着频率的升高和走线数量的增加，电磁能量越来越容易在各个信号与电源平面之间传播，产生EMC传导干扰，设计者需要快速定位耦合路径及强度，以找到合适的解决办法。有下面的实际案例中，Ansys的SIwave允许用户在系统中任意地方添加端口，并评估两者之间的隔离度，以查找最有可能的耦合路径。

在确定信号的耦合路径之后，SIwave还可以和Designer协同仿真，直接添加芯片的IBIS模型，查看信号真实工作状态下的干扰情况。

Ansys的SIwave可以针对完整的系统无源结构进行快速准确的隔离度分析，方便快捷，并在此基础上，通过Desginer电路仿真平台将系统无源结构与有源芯片结合，准确分析系统中的传导噪声。

在整个PCB板上存在着众多的频率分量，设计中的阻抗不连续，过孔等非理想因素所导致的反射，串扰等情况，非常容易将这些电磁能量辐射到空间中，影响其他部件的正常工作。实际上这些电磁能量的辐射与设计的层叠，电源地平面形状等结构形成电磁谐振箱体息息相关，但传统的二维仿真工具，会采用的理想化的处理手段，无法考虑电源平面分割等非理想因素。

Ansys的SIwave可以帮助设计者在初期就考察PCB结构的本征谐振分布，进行合理的器件布局，从源头避免谐振的产生。

为真实评估PCB的辐射情况，Ansys的SIwave与Designer可以相互调用，进行场路协同仿真，将Designer计算出的实际工作波形自动回推到SIwave的三维结构当作真实的激励源。

通过SIwave特有的EMC近场和远场仿真功能，设计者可以非常方便的得到系统在真实工作状态下的远场辐射曲线和近场辐射分布图。

在整个PCB辐射仿真流程中，Ansys可以帮助设计者考察PCB结构的本征谐振，从源头规避谐振的产生，并在仿真时考虑非理想电源地等实际情况的影响，通过SIwave与Designer的场路协同仿真，得到PCB板在实际工作状态下的近场与远场辐射。

Ansys的仿真平台不仅可以帮助设计者得到真实的PCB辐射，还可以帮助设计者进行必要的控制与优化。在下面的实例中，设计者使用Designer与SIwave对信号的SI与辐射同时进行仿真，评估信号串联电阻对SI/EMI的影响。

从结果中，可以看到SI/EMI之间存在矛盾性，增加信号的串联电阻，虽然降低了EMI辐射，但也使得信号的上升沿变缓，导致信号的时序受到较大影响。但通过SI/EMI的联合仿真，设计者可以在二者之间取得完美平衡。

电源的噪声波动是EMI辐射的另外一个重要来源，SIwave可以帮助设计者快速提取电源地平面的交流阻抗，并查看整个电源平面的能量传播方式，为去耦电容策略提供参考。

通过SIwave的模块PI_advisor，设计者还可以将此过程完全自动化，设计者只需给PI_advisor指定优化目标，就可以根据要求对电容种类和数量等进行自动优化。

在整个PCB辐射的优化过程中，Ansys的仿真工具允许设计者进行SI/EMI、PI/EMI的协同仿真，既考虑两者之间的矛盾性，也考虑两者之间的一致性，可操作性强，仿真结果真实准确，并且能够自动进行去耦电容的优化，方便快捷。