SI/PI/EMI重要概念之一 —— Resonant Mode分析在ANSYS软件中的实现
近些年，SI/PI/EMI问题越来越受到关注，虽然在高频高速电路板领域相关的整改、仿真手段都已经相对完善甚至趋于成熟，但其实该问题已经延伸到汽车电子，甚至在最基础的制造业，比如断路器、智能水电表，SI/PI/EMI问题都已经亟待解决。
SI/PI/EMI问题是要能够将电路理论和微波电磁场理论掌握的游刃有余，外加积累几年（EMC也靠悟性）或几十年的经验（你可能要面临发量越来越少），才可能有勇气说我正式踏入了这个领域。电路理论还可以靠想象，而电磁场理论靠想象都觉得极其艰难了，这时候依靠仿真软件提供的GUI界面的帮助，对理解啥叫TE/TM/TEM等等这些十分绕口的电磁场概念就十分方便了。例如通过下图1，你可以很好的理解TE11模式。
PCB裸板的谐振模式 TE11
前一段一位汽车电子行业的资深BMS硬件工程师，使用ANSYS SIwave来分析PCB板的谐振模式，进行平面分割、下电容等PI问题。笔者正好借此机会，来讨论下SIwave在Resonant Mode中的应用。SI/PI/EMC概念非常多，笔者也正在持续学习中，希望能够通过仿真软件给各行业的客户提供好的解决方案。
Resonances定义为能量被夹在两个平行板之间，通常认为power and ground plane之间，因为原信号与其反射信号同相，造成信号叠加而形成的共振腔效应。
Resonances的定义说的很简单，如果深究其原因，行业大拿们也给出了更深层次的理解：
Eric Bogatin ，在“Signal Integrity- Simplified” 一书中详细指出，SSN或信号透过过孔换层走线时，reference plane改变，return current不连续所引起的ground bounce。
Howard Johnson，发表在First printed in EDN magazine，1998年的Power Plane Resonance文章指出，由SSN所引起的resonance，可以用lump model与distribute model来解释，当信号的rise/fall time够小，也就是驱动信号变化很快，快到逻辑门对power/ground plane间的等效电容充放电时，感受到电流从板子的一端流到另一端的时间接近或大于信号的rise/fall time，足以在power path形成IR drop，那必须把这两个平面间的等效电容由lump model转成distribute model来分析。板子较小，或信号速度较慢时，平面之间的寄生电容效应可以用lump model就好，此时不需考虑resonance。
ANSYS SIwave软件可以从菜单栏直接打开Compute Resonant Modes，从设计的形状、材料特性、以及器件电气特性的影响来计算发生谐振的频率。显示发生平面谐振的平面间电位差（随相位变化），以及关键器件布局情况对谐振结果的影响。
分析不同尺寸叠层结构的谐振频率
图4所示为90mm*80mm，3.6mil叠层厚度的PCB板的TE10模，谐振频率为0.79GHz。
图5所示为45mm*40mm，3.6mil叠层厚度的PCB板的TE10模，谐振频率为1.58GHz。从结果可以看出，当PCB板尺寸减小后，较低频段的谐振消失，若尺寸缩小为原来一半时，谐振频率正好增加一倍。
平面分割分析
众所周知，平面层的分割对EMI的影响很大，通过仿真可以很直观的看到不同分割的场图。
去耦电容分析
通过仿真可以很直观的看到不同容值、不同位置下电容后的谐振情况。
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