从入门到放弃--5G时代的EMC模拟挑战基础篇
迎接5G时代的到来，各产业皆面临创新升级，无疑需要借助5G推动产业发展。智慧生活场景，物联网（IoT）、AI、自动驾驶、大数据运算等新兴技术的蓬勃发展，让电子装置种类丰富多样，且全频段覆盖。电磁环境急剧恶化，随之带来的挑战就是要在如此复杂恶劣的电磁环境之下，设计出依然满足电磁兼容性EMC认证要求的高效能产品。因此EMC设计是当今复杂电子产品设计中极其重要的一环。
何谓EMC？
EMC 是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力，也就是我们常说的电磁兼容性。该定义包含两层含义，即该设备应具备一定的电磁抗扰能力（EMS），并且自身产生的电磁干扰不能对其他电子产品产生过大的影响，即电磁干扰能力（EMI）。这种能力，是整个电子系统内部及外部的表现，可以称得上既要能做到安内，也要能做到攘外。各产业有其对应的EMC认证标准，如何通过相关电磁兼容性认证几乎是所有带电产品需要面临的问题。
通常我们理解一个EMC问题是从其关键三要素出发：干扰源、传播路径、受扰体。
对于传统的测试来说，当在EMC实验室或者暗室测试发现产品不满足相应EMC认证要求时，或者发现电子系统中存在被 干扰的受扰体时，想要解决这类问题，也是从这三要素去思考解决办法：
降低干扰源强度──干扰源头在哪里？一般电子设备干扰源是时钟芯片，开关组件，高速芯片，电源，汽车机电电力系统中还有火星塞、马达、电磁阀、继电器等。我们思考的问题是有没有办法去降低这些干扰源的干扰强度？如果有，通常是降低驱动能力，降低开关频率，降低功率等，以牺牲一定的电力效能来提升EMC兼容性。
优化传播路径──噪声的传播路径在哪里？当降低噪声源强度有难度或者不能很好地满足EMC效能时，这时可以选择从传播路径上改善设计，分析噪声传播路径的位置，以及阻止噪声传播的方式，而通常传播路径主要分两种：
传导路径──如电源导线、讯号导线、接地系统、线缆、PCB走线、连接器等，这种途径通常采用的是电路的滤波处理，将谐波噪声去除。
辐射路径──主要是电路板的辐射、线缆的辐射、机壳缝隙的辐射、电磁场近场耦合等，通常采用屏蔽接地、贴吸波材料等。
保护受扰体──发现**扰的对象后，有时从电路层面上保护受扰对象，如滤波，箝位等，有时从空间电磁场层面保护受扰对象，如隔离、屏蔽接地等。
EMC之于产品设计
传统EMC设计通常是产品做出来之后测试，发现问题再去解决问题，虽然有分析构想，然而当我们面临一个庞大而复杂的电子系统时，要去找到干扰源或者阻止传播路径不是一件容易的事情，因为噪声源可能有几个、甚至几十个，传播路径更是相当复杂，即有传导又有辐射，你会很难透过后期的除错去解决所有的问题。
EMC设计直接关系到产品的稳定性、安全性、可靠性等，是产品设计过程中，必须迈过的门槛。有什么方式可以在前期设计阶段就解决这类EMC设计问题呢？答案就是借助先进的模拟技术。
运用电脑软件模拟技术完成对产品的研发及世代更新，这已是当今高科技企业普遍采取的技术手段。电磁兼容问题，也可运用模拟技术完成分析和优化设计，在设计的前期、中期，以及产品除错阶段，皆可运用模拟技术，辅助我们完成复杂设备，复杂环境的各类电磁兼容问题。
EMC模拟的艺术性与工程性
EMC模拟分析，像是个艺术创作过程，因为不同的工程师，对产品系统认知程度不同、对EMC模拟构想不同、对软件功能认识不同，建立的模型也会不同。因而模拟的结果也不一样，这是EMC模拟工作的艺术特性，有着仁者见仁智者见智的意思。
即使不同工程师建立不同模型，模拟出不同结果，只要正确掌握模拟技术以及EMC相关理论和设计构想，依然能够模拟分析出对产品的EMC效能提升非常有价值的最佳化建议，或者修改方式，进而展现EMC模拟的工程性。
此外，EMC模拟又跟天线、马达、高速讯号完整性等领域的模拟技术有所不同。这些领域追求与测试结果的一致性，正确反应产品设计现状。而面对复杂系统的整机EMC模拟，例如产品包含机壳、各种数字处理板，射频电路，电源电路板，线缆以及各种连接器、结构件等，这时候EMC模拟的真正目标，并非是获得与EMC测试结果或者现象非常一致的模拟结果，而是应以尽可能简单的模型反应产品关键设计因素，以在最短的运算时间内获得对产品EMC效能有益的优化设计或除错措施。
EMC模拟没有想象那么难
有时候我们并不一定能够取得系统当中的某些电子零件模型/信息以用于建模模拟，甚至大多数时候都无法取得，但是因为我们追求的目标并非是要与测试结果保持一致，而是解决与优化EMC问题，所以某些零件模型的准确数据并不会显得那么重要，可以利用替代模型甚至可以不用。
举例来说，电路板上电源芯片对模拟电路存在干扰，我们可能无法获得这些DC/DC噪声组件模型及其输出噪声，但我们可以考虑从传播路径的角度来优化噪声组件对敏感电路的干扰问题，改善电路板设计，包含元件的布局与布线。用软件数值运算技术，帮我们定量计算复杂的PCB噪声耦合，从模拟结果中可以找到优化改善干扰问题的办法与措施。
又或者整机辐射发射超标问题，如果是外壳通风口电磁泄露导致，无需建立内部各种噪声源模型，完全可以单独对机壳进行建模分析，优化通风孔设计策略，进而达到满足EMC效能指标的目的，当然亦可以对内部噪声源进行建模优化分析，同样能提升整机EMC效能，这是EMC模拟的特殊性，也是它的艺术性。
面对复杂电子系统， EMC模拟究竟该如何操作？最好是能在产品研发前期，采用逐一攻破的策略进行建模模拟，将复杂系统问题简单化，主要可以分为以下几个主要部分：
PCB的EMC分析──隔离度、电源滤波、辐射、传导、时脉干扰、ESD、接地、高速串扰等;
线缆的EMC分析──布局、辐射、捆扎耦合，接地等;
机壳的EMC分析──屏蔽效益、谐振分布、组件部件、电磁泄露等;
接地系统EMC分析──接地阻抗、共地阻抗、接地噪声等;
整机系统的EMC分析──辐射发射、辐射抗扰等;
环境级EMC分析──RFI、天线共址，接收灵敏度等。
一般最后再考虑做整机系统的EMC模拟，这样拆分的好处是建模简单、问题好定位、最佳化措施有针对性，建模模拟效率高，从概念设计到后期产品除错都可以进行模型的建立与分析，最重要的还是在产品的EDA/CAD开发阶段，这时候可选的最佳化设计措施会更多，模型数据会更充分。
尽管EMC模拟涉及面广、挑战也大，好在现代仿真技术经过几十年的发展已经到了比较成熟的阶段，可以解决大部分问题... 接下来看这些模拟解决方案如何克服EMC模拟挑战。
