研究干货分享：基于Ansys Circuit软件的信号EMC分析

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基于Ansys Circuit软件的信号EMC分析

1、EMC的性质

EMC（Electromagnetic Compatibility），电磁兼容性，他的定义为，即不对其它设备产生电磁干扰，并且受到来自其它设备的电磁干扰时，系统运行不受影响，仍保持原有的性能。EMI（Electromagnetic Interference），电磁干扰，由于IC工作产生噪声EMI，给周边IC和系统带来干扰或者干扰性的电磁波，所以需要设计不产生EMI的电路。

EMS（Electromagnetic Susceptibility），电磁干扰敏感度或电磁敏感性，他的定义为，即使受到EMI影响也不会造成干扰的能力与耐受性，需要设计能承受EMI的可靠性电路。测试领域里面EMI分为两种，传导噪声（Conducted Emission）和辐射噪声（Radiated Emission）。

传导噪声是指经由线体或PCB板布线传导的噪声，辐射噪声是指排放（辐射）到环境中的噪声。对于这些噪声，EMS中分别都有耐受性要求，称为传导抵抗力（Conducted immunity）和辐射抵抗力（Radiated immunity）它们的关系如下：

2、辐射机制与频谱

2.1辐射原理

通电导体在直流时仅产生磁通量，而在直流时候会产生磁场和电场，辐射时候由于楞次和安培定律，磁场在导体周围比较强，电场在远处比较强。这是由于辐射的电生磁，磁生电，在自由空间进行交替传播而导致的，变化的di/dt,dv/dt都可以看作是干扰源，干扰路径需要考虑共模耦合，容性耦合，感性耦合和磁回路耦合，感性耦合也可以看作磁回路耦合，只是这儿的磁回路耦合路径是可以看见的，感性耦合可以看作看见的回路和看不见的回路。辐射干扰源可归纳为（磁偶极子）辐射和（电偶极子）辐射。如果根据场区远近划分，（近区场）主要是干扰源的感应场，而（远区场）呈现出辐射场特性，通常以通常以1/6波长作为近场和远场的临界点：

处在直流状态的电信号，f=1/T，T足够长，可以理解其基频信号频率为0，那么它的各种奇次偶次谐波也是0，即没有高频信号，只会产生磁通。而处在交流状态的电信号，会产生不断变化的磁场，不断变化的磁场又会产生不断变化的电场，循环这一过程，引入位移电流的概念，就是辐射的核心机理。

在系统的信号传输中，IC与IC之间的信号在高速调制信号的发射与接收过程中，形成依赖于位移电流的电磁干扰，是实际项目中比较令人头疼的问题,通过分解信号的成分，在时域和频域上形成观测，以检测信号时否收到干扰，是研究信号的基础，由傅里叶变换的基础理论我们知道，信号速率越高，码元成分越复杂，频率与幅度信息与组合种类也越多，在一个码原信号的上升、下降过程，上升与下降的时间Ts直接决定了码元信息的能量密度，也就是上升、下降沿的直线斜率衡量了信息的大小与成分，由此可见，傅里叶变换的本质是用一组正弦或余弦波拟合出一个方波，反之亦然。

2.2频谱与分解

从上图可以看出，数字波形是由多种频率叠加而形成的，示波器和频谱仪分别从两个视角获得一个数字波形的不同信息，示波器获得bit信息，频谱仪获得频谱信息或者能量信息。

而基于傅里叶变换的理论上的脉冲波形频谱，这是一个连续化频谱，振幅随着频率的升高而衰减，衰减斜率随着tw和ts而变化。蓝色线表示脉冲的ts变慢后的频谱变化，斜率变为-40dB/dec 时的1/𝜋ts频率降低（向左偏移），最终结果是其后的振幅减少，即当ts延迟时频谱的振幅衰减，频谱下降。

3、频谱的影响与共模/差模信号研究

3.1基于circuit的差、共模系统

通过ansys-circuit软件建立差模电路与共模电路，导入相应模块的symbol,设计简单的分析系统，对信号源进行编辑，振幅=10V，频率=400kHz，Duty=50%，tr/tf=10ns，放置信号源，探针等，完成信号的系统搭建。

对于信号波形的变化，频谱将以怎样的趋势变化，使用实际的频谱分析仪数据来分析频率等其他参数变化时的频谱变化。这里将通过实际的DC-DC的开关相关的频谱来分析并解决EMC问题时所需要的理论知识。图A中的图形是初始条件下的数据：振幅=10V，频率=400kHz，Duty=50%，tr/tf=10ns。中间的图表示n次谐波和振幅（V）的关系，1倍的频率＝基波，400kHz的分量最大，以奇数倍的频率形成频谱。仅产生奇次谐波是Duty为50%（＝1：1）的频谱特征，各分量的大小为基波分量的1/次数，例如3次谐波分量为1/3，n次谐波分量为1/n。最下面的图是振幅为dBµV的对数曲线图，dBμV是基于以1µV电压为基准的电压比的dB 值（1µV＝0dBµV）。