ANSYS电磁兼容仿真软件解析
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ANSYS 电磁兼容仿真设计软件
用途:用于电子系统电磁兼容分析,包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真,数模混合电路的噪声分析和抑制,以及
机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真,确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。
一、购置理由
1 现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境,一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分,系统内部相互不发生干扰,正常工作,本身就非常困难;另一方面,在隐身、电子对抗、静放电,雷击和
电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下,设备还需要有足够的抗干扰能力,为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx 系统的工作可靠性,设备必须通过相关的电磁兼容标准,如国军标
GJB151A,GJB152A。
长期以来,设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计
手段,只能依赖于设备后期试验测试,不仅测量成本高昂,而且,如
果EMI 测量超标,后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题,也只能靠经验进行猜想和诊断,采取的
措施也只能通过不断的试验进行验证,这已经成为制约我们产品进度的重要原因。
2 目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善,我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验,并且已经
开始高速通道设计的预研。在相关PCB 布线工具的帮助下,将复杂
的多电源系统PCB布通,确保集成电路之间的正确连接已经基本上
没有问题。但是随着应用深入,也存在一些困难,特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中,我们不仅要保证电路板
的正常工作,还要提高关键性的技术指标,例如数模转换电路的有效
位数、信号传输系统的速率和误码率等,此外,还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求,为此,我们迫切需要建立的仿真功能包括:
● 高速通道中,连接器,电缆等三维全波精确和建模仿真,这
些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影响;
● 有效的PCB电源完整性分析工具,对PCB 上的电源、地等
直流网络的信号质量进行仿真
●为提高仿真精度,需要SPICE 模型,IBIS模型和S 参数模
型的混合仿真
●需要同时进行时域和频域仿真和设计,观察时域的眼图、
误码率,调整预加重和均衡电路的频域参数,使得信号通道
的物理特性与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合,达到
系统性能的最优
● 有效的PCB的辐射控制与仿真手段,确保系统EMI性能
达标。
现在EDA 市场上已经有一些SI/PI 和EMI/EMC 仿真设计工具,但存在多方面的局限性。我们的PCB 布线工具虽然能解决一定的问
题,但是,由于工具本身主要是以布线功能为主,结合规则约束进行
设计的,在解决我们上述问题时存在着明显的局限,主要有:● 主要以等效电路法建模与仿真,仿真的结构有限制,功能不完备,如不能仿真非理想的电源/地,不能充分考虑信号线
的跨越分割和转换参考平面等,对于EMI/EMC,只能做规则
约束,无法进一步仿真。
● 基本上都是以单点工具,也就是说,一个公司的工具只能
满足部分设计功能,在工程应用当中,不可避免地会带来接
口、仿真结果一致性等多方面问题,影响软件工具的使用效
果。
● 在高速串行通道的仿真中,由于高速串行通道的信号传输
速率较高,信道中的模型多用S 参数建立或由电磁场仿真工
具得到,而S 参数的本质是频域的,传统的工具中对于S参
数的仿真功能非常有限,经常仿真不收敛或花费很长时间,
无法在工程实际中准确评估整个信号通道的特性。
● 对于PCB的辐射,只能给出原则性的规则约束,而实际设
计中,很多因素相互矛盾,只能依赖经验进行取舍,无法考虑
电缆、机箱等三维结构的影响,不能保证最后的设计效果。
● 仿真结构有限制,对于机箱的屏蔽结构,不能仿真任意形
状的屏蔽网结构,限制了设计思想,或者仿真时间过长,精度
不足,缺乏工程实用价值。
国内外众多成功经验证明,电子产品的SI/PI,EMI/EMC 仿真和
高速通道性能仿真,需要进行两方面的仿真——即电磁场仿真和电路仿真。电磁场仿真主要是研究结构对系统SI/PI,EMI/EMC 以及高速
串行通道的影响,根据机构的物理特性(几何结构和材料特性),通过电磁场计算,提取PCB、连接器、线缆等的寄生效应,生成S参数或
Spice等效电路模型,或者直接得到结构的辐射特性和串扰特性,用于设计指导和性能改进。在电磁场仿真的同时,电路仿真也是必不可少的。一方面,电路仿真工具能够将非线性器件和电磁场仿真得到的
结构等效电路结合到一起,通过仿真得到信号的波形和频谱,包括时钟线、数据线和电源/地平面的波形、串行通道的眼图和浴盆曲线等,
直观地考察系统的SI/PI 和传导EMI特性。另一方面,对于辐射干扰来说,EMI辐射的强度不仅与结构相关(通过电磁场仿真进行研究)
,还与参与辐射的信号频谱强度相关,频谱强度必须通过电路仿真才能得到。
3 由于系统电磁兼容设计牵扯到电路设计、结构设计很多细节,出于保密和知识产权保护,无法与通过外包或第三方合作方式解决。通过建立电磁兼容仿真平台进行电磁兼容设计,不仅可以提高设计可靠性和效率,也可以帮助设计师增加电磁兼容的知识和经验,提高设计能力。以往这种经验和能力仅限在一两设计的文档中,或者个别个设计师个人电脑中,无法更大范围的共享,造成大量知识和经验丢失。
二、技术要求及设备选型情况
1.技术要求