EMA3D Cable和EMA3D Charge在通用电子和汽车中的应用介绍

电子设备设计需要符合电磁兼容性 （EMC） 要求。传统上，这意味着开发原型，然后在专用测试室中进行测试。产品设计周期比以前更快，给原型和重新设计周期的数量带来了压力，并限制了冗长的测试活动的时间。EMC 给新产品的开发增加了重大的成本和进度影响。

在汽车行业，由于电气化和自动驾驶，设计实践发生了重大变化。动力总成的电气化意味着有新的干扰源，车辆自主性意味着车辆内有更多的电子系统被认为“安全关键”。此指定意味着政府法规不允许任何影响安全功能的EMC故障。EMC测试失败会产生严重后果，因为在验证成功之前，车辆无法出售。

包括精心设计规则、频繁和迭代测试周期、综合验证方法和其他标准实践在内的传统方法越来越无效，这取决于“事后”问题的表现，为加强传统开发框架提供动力——换句话说，一个“硬汉学校”的学习周期，在时间和金钱上都是痛苦和昂贵的。这些技术本质上也是反应性的。

一种更具时间和成本效益的途径是通过直接捕获这些电磁现象的所有复杂性，提前在电路和电磁波级别面对这些问题的根源。Ansys Electronics用于建模和仿真电磁学这些方面的最新工具是Ansys EMA3D Cable  和Ansys EMA3D Charge。

这两种工具都使用一些相同的数值方法来捕获电磁异常;即使用时域有限差分（FDTD）数值方法求解的麦克斯韦方程组的微分形式。这种计算基础的优点包括速度和可扩展性。但是，这些工具适用于不同的现象。

EMA3D Cable用于对电子外壳、电缆和传输线进行建模和仿真，以捕获这些组件引起的电磁干扰 （EMI） 的耦合效应。下面提供了一个例子，使用HDMI电缆作为问题的根源，使用附近的小PCB作为辐射电缆产生的EMI的“受害者”。

HDMI 连接器、电缆和引脚以及附近印刷电路板 （PCB） 的几何形状。仿真旨在分析从HDMI引脚到PCB上的网络的耦合。

EMA3D 电缆使用 HDMI 电缆的横截面和印刷电路板 （PCB）、其外壳和相关连接器的网格捕获此系统的模型。网格划分速度快，但还可以捕获更精细的特征，例如间隙、接缝和电缆屏蔽。

Ansys EMA3D电缆网的PCB和HDMI连接器。EMA3D 网格对于机械计算机辅助设计 （CAD） 中的几何形状快速且宽容。

HDMI引脚耦合到附近PCB的仿真结果。电场在问题几何体的切片上可视化。

正确模拟EMI的能力使EMA3DCable能够确保系统设计的电磁兼容性/合规性（EMC）的相关任务 - 这是汽车应用特别有用的功能。EMA3D Cable的可扩展性在此类应用中尤为明显，允许对整车进行建模，同时还可以大规模捕获电缆及其屏蔽以及接缝和间隙。计算机辅助设计（CAD）的工作流程和从EMA3D电缆的数据库软件导入电缆也有助于模型的快速开发。混合仿真技术非常省时。总之，这些效果将一个长达数月的项目减少到几个小时的工作。

电动汽车底盘，带电池、电缆、电机、逆变器和 DC/DC 转换器。

车辆电缆上流动的功率产生的辐射发射。

静电放电 （ESD） 是每个在走过地毯并触摸门把手后感到震惊的人所熟悉的东西。由于ESD可能导致电子设备故障，因此对于车辆和电子产品设计人员来说，这是一个重大的设计和验证挑战。以前，对空气中的ESD电弧（非接触式ESD）进行建模被认为是不可能的。EMA3D Charge是专门为使用户在空气中建模电弧而开发的。

对于电子应用中的ESD仿真，EMA3D Charge可以考虑环境压力和湿度的影响，并求解时域中的非线性空气传导效应。正粒子密度和负粒子密度在时间和空间中都被捕获。这是一个真正的多物理场仿真，因为它考虑了电荷载流子上的流体动力学和电磁力。

电子设备的静电放电 （ESD） 模拟的几何形状。

模拟ESD事件，该事件会在附近的PCB网络中感应电压。

EMA3D Charge在汽车系统中的应用很多——从ESD到整个车辆的一次和二次电压电弧，再到高压引起的组件故障。下图描述了辅助电弧工艺。ESD应用于汽车把手。这会从远离门把手的互连电缆产生第二次放电。如果没有EMA3D Charge，这种次级效应将具有挑战性的诊断和分析。

车辆的几何形状，用于分析从 ESD 事件到门把手的二次放电。门把手与车辆中不同位置的底盘附近的电缆屏蔽层电接触。红色框表示允许非线性的空气区域。

模拟二次电弧。ESD 事件应用于门把手。在辅助位置的电缆屏蔽层和车辆底盘之间有一个辅助电弧。

以上只是一些可以使用EMA3DCable和EMA3D Charge的应用的简要概述，从微电子扩展到系统级终端产品。