SIwave第七部分 SIwave之EMC分析(I)
复习-场路协同
在学习了使用SIwave进行SI/PI分析后,我们接下来要考虑的就是EMC分析(电磁兼容分析),本篇不会介绍过多电磁兼容的基础知识,既然读者可以看到这里,说明已经有所了解。本篇主要介绍ANSYS中SIwave和Circuit两个模块的 “场路协同” ,我在SIwave第三部分-什么是场路协同?这个小结有所介绍,这里我们再一次快速回顾:
所谓的场路协同,场是指电磁场,可以使用电磁场仿真模块(SIwave/HFSS)进行板级和封装级的电磁场求解,提取它们的相关参数信息,将这些电路很难获取的参数信息喂入电路仿真模块(Circuit/Simporer)中,再进行电路仿真,所得到的电路仿真结果就会更加可靠,同时,电路仿真的数据反馈到电磁场仿真模块,又可以进一步获得空间上电磁场的分布仿真信息。
通过场路协同,开关电源 的EMC设计解决方案就可以为:拿到PCB板,进行SIwave仿真,获取SXY参数,在Circuit中导入SXY数据,搭建电路,电路模型包含一个 CISPR16 的 LISN 以获取电力变换器的传导发射数据。通过时域(瞬态)仿真获取输出电压和电流。时域结果会自动转换为频域,以显示电路的共模插入损耗和差模插入损耗图。通过与设备允许的限制进行比较,推出滤波器结构和采用元件,从而获得合规性。
简单的EMI规则检查
在开始进行场路协同前,SIwave模块提供了一个快速检查PCB板是否违反EMI规则的仿真,它可以为我们快速查出,哪些板件元件会因为违反EMI规则从而变成电磁敏感源。
在开始仿真前,我们都有一个流程要做,我们这里不再赘述,读者可以戳链接学习:SIwave第四部分-SIwave的模型建立与导入.
在完成SIwave的模型建立与导入后,我们打开 “EMI Scanner”

在EMI扫描仿真栏里,有规则栏(RULES)和标签栏(TAGS),我们主要看规则栏

规则栏中,Load Rules给了我们相关的扫描频率选择,我们可以按需选择。Rules当中,提供了许多需要配置的规则,我们可以默认,也可以按照规范进行修改。

在标签栏中,我们需要选择需要仿真的网络,选择完成,直接选择Launch即可。
仿真结束后,我们可以在Result栏中找到仿真结果,下图就是一个仿真例子中部分元件需要整改的仿真结果图.

开关电源的场路协同分析
仿真前的注意事项
在进行开关电源电磁场仿真前,我们依旧是需要进行模型的建立与导入的,读者可以跟着SIwave第四部分 SIwave的模型建立与导入去一步步完成。
配置端口需要格外的注意,因为这些端口都将会在电路仿真时使用,因此我们会优先考虑选择 控制芯片,将控制芯片的正极组作为仿真引脚,GND组作为参考引脚。
这样,SIwave就会为我们自动创建若干端口,不过我们还需要检查一点,我们在SIwave第五部分-基于网络创建端口小结中,提到:
当然还需要注意Port Options当中的”Ref. Impedance”选项,如果端口只是单线(和其他端口没有关系),需要选择50Ω;如果是差分对、USB,则其相对阻抗需要选择为100Ω或90Ω(创建的两条端口是有关系的)
所谓相对阻抗即,相对与Ref.Net而言的阻抗。
这里,额外需要补充: “对于电源和电源接地系统,请使用较低的阻抗,例如0.1欧姆。”
我们可以在”Circuit Element Parameters Edit Tools”中查看和配置

我们将参考阻抗配置为0.1欧姆即可:
S 参数提取
万事俱备,接下来就是进行提取S参数,这部分其实在SIwave第五部分 SYZ参数提取就介绍过,这里,我们将SYZ参数提取仿真配置,分为两部分:
- 0~1Hz 线性分析
- 1Hz~1GHz 十倍频
Circuit模块导入S参数
仿真结束后,我们来到Circuit模块界面,选择 最右边栏 ,导入模型,选择SIwave模型。
来到我们仿真后所保存到的位置,选择后缀为siw的文件,导入完成,就会得到下图红色的系统端口模型。
因为选择的参考GND为就近GND,所以我们需要显示所有参考GND引脚,这样便于我们进行仿真。

Circuit仿真
对于Circuit模块,和我们经常接触的电路仿真软件换汤不换药,在此不再赘述Circuit软件如何操作,接下来介绍的是Circuit模块的库中,我们可以直接使用不同规范的LISN,不需要我们再搭建了。
需要接入的电阻电容电感、PWM波发生器,都可以使用Circuit库当中的

接下来,我们就可以进行瞬态分析了:
仿真结束后,因为我们放置了规范LISN,我们可以在Result栏中查看到其传导辐射(插入损耗)情况:

有了插入损耗和允许限值的图谱,我们就可以通过计算来得到EMI滤波器的元件参数参考,仿真的输入的数据越接近现实,参考价值就越高。
除此之外,我们还可以将分析的参数在反馈给SIwave,然后获得近场/远场的辐射图。通过将 SIwave 的近场解算结果集成到 HFSS 中,我们还可以评估外壳或防护罩对印刷电路板 (PCB) 辐射的影响。
对于获取SIwave的近场/远场辐射图,请看SIwave第八部分 SIwave之EMC分析(II)
推荐读者阅读哔哩哔哩up主亿道电子的【Ansys】 SIwave第六章:PCB板级EMC仿真分析:规则检查+场路协同仿真验证

