1、FLO/EMC電磁兼容仿真分析軟件為什么要重視電磁兼容性（EMC）的分析眾所周知,僅在幾年前,EMC問(wèn)題在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中還只是個(gè)次要的問(wèn)題。而今天,EMC設(shè)計(jì)問(wèn)題擴(kuò)展到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的各個(gè)階段。市場(chǎng)開(kāi)拓者們要將大量資金和數(shù)周時(shí)間花費(fèi)在屏蔽室,以謀求能順利通過(guò)電磁兼容性測(cè)試。這種現(xiàn)象不是偶然的,我們知道：·EMI已經(jīng)成為一個(gè)很?chē)?yán)重的且在日益惡化的環(huán)境污染源·越來(lái)越多電器設(shè)備的投入使用·IC時(shí)鐘頻率的越來(lái)越高·輻射源輻射功率的增大·抗干擾性的減弱·無(wú)線通信的發(fā)展諸如此類(lèi)的原因?qū)е铝宋覀優(yōu)榱耸雇画h(huán)境中各種設(shè)備都能正常工作又互不干擾變得越來(lái)越

2、困難,同時(shí)這種電磁環(huán)境對(duì)人類(lèi)及生物也產(chǎn)生了越來(lái)越大的危害,解決電磁兼容性問(wèn)題也變得越來(lái)越緊迫。拿一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,對(duì)于一臺(tái)pc電腦來(lái)說(shuō),在EMC方面需要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：1輻射性能方面（Emissions）a. EN 61000-3-2(Harmonics)b. EN 61000-3-3(Voltage Fluctuations and Flicker)c. EN 55022(Conducted Emissions)d. EN 55022(Radiated Emissions)2抗干擾性能標(biāo)準(zhǔn)EN55024（Immunity）a. EN 61000-4-2(Electrostatic Dischar

3、ge)b. EN 61000-4-3(Radiated Electric Field)c. EN 61000-4-4(Fast Transients)d. EN 61000-4-5(High Energy Surges)e. EN 61000-4-6(Conducted RF)f. EN 61000-4-8(Radiated Magnetic Field)g. EN 61000-4-11(Voltage Dips and Interrupts)而通常來(lái)說(shuō),整個(gè)測(cè)試的代價(jià)是需要4000美元和3天的時(shí)間。在20世紀(jì)90年代前期,國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品在出口歐美等國(guó)市場(chǎng)時(shí),必須出具電磁兼容合格報(bào)告才能獲得市

4、場(chǎng)準(zhǔn)入,但是由于企業(yè)往往在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)階段沒(méi)有考慮相關(guān)問(wèn)題或是不了解國(guó)外的電磁兼容技術(shù)法規(guī)要求而導(dǎo)致不能順利投放海外市場(chǎng)或花費(fèi)很大的代價(jià)來(lái)滿足國(guó)外相應(yīng)的電磁兼容性能要求,這與國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)模式是分不開(kāi)的,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式遵循的是設(shè)計(jì)樣品生產(chǎn)測(cè)試的模式,一旦測(cè)試不能通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),就必需按照設(shè)計(jì)流程重新開(kāi)始！無(wú)疑,這樣做的代價(jià)是冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期和昂貴的設(shè)計(jì)成本。與此同時(shí),國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也缺乏相關(guān)的試驗(yàn)手段和條件來(lái)檢測(cè)進(jìn)口產(chǎn)品的電磁兼容性能。使得我國(guó)的電磁兼容技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。在90年代后期,國(guó)家和相關(guān)行業(yè)紛紛對(duì)產(chǎn)品的設(shè)備的電磁兼容性能制訂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并制訂了相關(guān)的認(rèn)證實(shí)施措施;興建了大

5、量的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室,規(guī)范國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的電磁兼容性能。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天,針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中解決電磁兼容性問(wèn)題的弊端,國(guó)外企業(yè)紛紛引入電磁兼容分析軟件,利用計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)前期對(duì)系統(tǒng)電磁兼容性能進(jìn)行模擬分析,即所謂的design-level analysis;首先找出風(fēng)險(xiǎn)頻率點(diǎn),進(jìn)而找出影響電磁兼容性能的關(guān)鍵因素,有針對(duì)性的加以改進(jìn),從而為設(shè)計(jì)工程師提供理論上的指導(dǎo)和改進(jìn)方向,將很多的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)扼殺在萌芽狀態(tài),從而能大大縮短設(shè)計(jì)周期和節(jié)省設(shè)計(jì)成本。值得慶幸的是,國(guó)內(nèi)的企業(yè)也日益重視電磁兼容分析軟件在設(shè)計(jì)中的作用,越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)利用仿真軟件來(lái)提升自己的設(shè)計(jì)能力！為什么要選擇FLO/EMCFLO/

6、EMC原來(lái)是英國(guó)專(zhuān)業(yè)射頻仿真軟件公司-KCC公司的產(chǎn)品,1999年Flomerics公司并購(gòu)了KCC公司,KCC公司的開(kāi)創(chuàng)人是TLM（傳輸線矩陣法）的創(chuàng)始人PETER B.JOHNS.FLO/EMC是專(zhuān)業(yè)針對(duì)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性分析的分析軟件,主要用于系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容分析。FLO/EMC主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1求解原理及優(yōu)點(diǎn)FLO/EMC采用先進(jìn)的時(shí)域傳輸線法(TLM),其原理是,FLO/EMC軟件在做模擬時(shí)首先用的激勵(lì)源是沖擊脈沖,這個(gè)脈沖在時(shí)域的寬度極窄（實(shí)際上是趨于無(wú)限窄）,從頻域來(lái)說(shuō),它能覆蓋極寬的頻率范圍（理論上說(shuō)是無(wú)限寬）;當(dāng)以這個(gè)沖擊脈沖來(lái)激勵(lì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí),根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)的理論,在時(shí)域得

7、到的將是此脈沖與系統(tǒng)函數(shù)即h(t)的卷積,對(duì)應(yīng)于頻域,結(jié)果將是系統(tǒng)函數(shù)H(s)與沖擊脈沖的頻域響應(yīng)（理想情況下是1）的乘積,自然,我們將得到H(S),它就是整個(gè)系統(tǒng)的頻域響應(yīng)！由于以上的求解原理,所以只需要一次求解,FLO/EMC軟件就可以得到系統(tǒng)在整個(gè)頻域的響應(yīng)曲線（理論上是無(wú)限的頻寬）,也就是系統(tǒng)的屏蔽效能曲線。而其他通用電磁場(chǎng)分析軟件,由于并非專(zhuān)門(mén)針對(duì)電磁兼容性分析而開(kāi)發(fā),并且通常采用的是頻域的計(jì)算方法,從理論上來(lái)說(shuō),它們可以得到特定頻點(diǎn)的頻域解,如要得到整個(gè)頻域響應(yīng),就必需采用插值法或其它快速算法,而這很難保證其它頻點(diǎn)結(jié)果的準(zhǔn)確性甚至?xí)z漏一些關(guān)鍵的諧振點(diǎn)。2. FLO/EMC可以求解

8、的問(wèn)題a. 屏蔽效能分析（Shielding Effectiveness）1） 部件級(jí)的屏蔽效能分析：光電轉(zhuǎn)換接頭示意圖光電轉(zhuǎn)化接頭場(chǎng)分布結(jié)果2） 系統(tǒng)級(jí)的屏蔽效能分析：PC電腦的結(jié)構(gòu)示意圖PC電腦的表面電流分布PC電腦的屏蔽效能曲線b. 輻射性能分析(Radiation)主要針對(duì)部件和系統(tǒng)的有意輻射(Intensional Radiation)問(wèn)題,在這種情況下,可以靈活地設(shè)置激勵(lì)源的方式,如線端口激勵(lì)（Wire Port）、微帶線端口激勵(lì)(Microstrip Port)、帶狀線端口（stripline）、波導(dǎo)端口(Waveguide Port)等部件級(jí)分析如線纜間耦合、通風(fēng)板的設(shè)計(jì)、縫隙

9、及連接螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)、去耦電容性能的分析、接地方案的分析、濾波電路的優(yōu)化、散熱片的設(shè)計(jì)1）散熱片的設(shè)計(jì)與接地方案的選擇散熱片的電流分布和場(chǎng)分布圖2）去耦電容選擇和性能分析去耦電容的設(shè)計(jì)方案加去耦電容前后的結(jié)果比較3）通風(fēng)板的設(shè)計(jì)和屏蔽性能結(jié)構(gòu)示意圖通風(fēng)板不同的通風(fēng)孔的性能比較圖4）線纜間耦合介質(zhì)板上的兩根trace兩根trace之間的電場(chǎng)分布矢量圖5）縫隙的設(shè)計(jì)縫隙的結(jié)構(gòu)示意圖及兩種設(shè)計(jì)方案（buttered and overlapped）不同方案的分析結(jié)果6）屏蔽襯墊（gasket）的設(shè)計(jì)分析結(jié)果示意圖c. 散射系數(shù)分析(Scatter Parameter)主要用于電路參數(shù)分析。Smith圓圖3

10、靈活的激勵(lì)源設(shè)置方式實(shí)際的激勵(lì)源可能有各種不同的波型,我們可以模擬不同的激勵(lì)脈沖的情況,只要定義具體的激勵(lì)源時(shí)間波形,通過(guò)將由沖擊脈沖激勵(lì)得到的系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)與實(shí)際激勵(lì)脈沖相卷積來(lái)得到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)波形。系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)實(shí)際激勵(lì)脈沖實(shí)際響應(yīng)4強(qiáng)大的后處理模塊(Postprocessing Module) FLO/MOTION通過(guò)后處理模塊,將要分析的系統(tǒng)的表面電流和系統(tǒng)內(nèi)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)可視化,還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)后處理來(lái)觀察電流以及電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨相位的變化,為設(shè)計(jì)人員提供豐富的設(shè)計(jì)依據(jù)。可以根據(jù)屏蔽效能曲線,得出系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)頻率點(diǎn)（屏蔽效能差的頻率點(diǎn),即諧振點(diǎn)）,然后從可視化的后處理模塊中分析對(duì)應(yīng)這些頻率點(diǎn)的表面電流分布或電場(chǎng)分布,馬上就看到該頻率的泄漏點(diǎn),并且可以判斷是什么原因造成了此諧振;工程人員依據(jù)這些分析結(jié)果就很快可以通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)以提高產(chǎn)品的EMC性能。場(chǎng)分布及相位模擬圖（animation）近場(chǎng)圓柱掃描圖輻射方向圖5完善的圖形用戶(hù)接口（GUI） FLO/MCAD除了可以很方便