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产品设计前期对EMC测试有哪些需要注意的地方

随着产品复杂性和密度的提高以及设计周期的不断缩短,电磁兼容性可以在设计周期的后期得到解决(EMC)问题变得越来越不切实际。在较高的频率下,你通常用它来计算EMC经验法则不再适用,你可能很容易误用这些经验法则。结果,70%~90%的新设计没有通过第一次EMC测试使得后期重新设计的成本非常高。如果制造商延迟交货日期,损失的销售成本将更大。为了以更低的成本确定和解决问题,设计师应考虑在设计过程中尽早采用基于概念分析的协作风格EMC仿真。

较高的时钟速度将增加满足电磁兼容性需求的难度。在千兆赫兹领域,增加外壳共振次数会增强电磁辐射,使孔径和间隙成为问题;特殊集成电路(ASIC)散热器也会增加电磁辐射。此外,管理机构正在制定规则,以确保在越来越高的频率下的合规性。此外,当工程师计划在系统中设计辐射器时,对于集成的无线功能(例如Wi-Fi,蓝牙,WiMax,UWB)这一趋势提出了进一步的挑战。


传统的电磁兼容设计方法

在正常情况下,电气硬件设计师和机械设计师在考虑电磁兼容性问题时独立行事,彼此之间没有交流或很少交流。他们经常在设计过程中使用经验规则,希望这些规则足以满足他们设计的设备要求。当设计达到高频,导致测试失败时,许多电磁兼容设计规则已经过时。

设计阶段结束后,设计师制作原型并测试电磁兼容性。当设计中考虑电磁兼容性太晚时,这个过程中经常会出现各种情况EMC问题。昂贵的设计修复通常是唯一可行的选择。当设计从系统概念设计转移到特定设计到验证阶段时,设计修改通常会增加一个以上的数量级。因此,在概念设计阶段修改设计只需100美元,在测试阶段可能需要数十万美元,更不用说对市场时间的负面影响了。


电磁兼容模拟的挑战

为了在实验室通过电磁兼容性测试,并确保在预算内按时交付,非常有必要将电磁兼容性设计作为产品生产周期中不可分割的一部分。设计师可以使用麦克斯韦(Maxwell)方程的3D解决方案可以实现这一目标。麦克斯韦方程是一种简单的电磁相互作用的数学表达。然而,电磁兼容模拟在计算电磁学的其他领域并不是一个常见的问题。

典型的EMC问题与外壳有关,而外壳与外壳有关EMC影响要比对EMC对于性能非常重要的插槽,孔和电缆应该很大。精确的建模要求模型包含大大小小的细节。这一要求导致了一个很大的垂直和水平比(最大特征尺寸和最小特征尺寸的比率),这需要使用精细的网格来分析最精细的细节。压缩模型技术允许您在模拟中包含大大小小的结构,而无需太多的模拟时间。

另一个问题是,您必须在非常宽的频率范围内完成EMC特点。在每个采样频率下计算电磁场所需的时间可能令人望而却步。如传输方法(TLM)时域方法可以使用宽带激励来计算时域内的电磁场,从而在模拟过程中获得整个频段的数据。该空间被划分为在正交传输线交叉处建模的单元。电压脉冲在每个单元中发射和散射。您可以根据传输线上的电压和电流计算电场和磁场。

EMC模拟可以得到准确的结果。图1比较了安装在一个底板上的三个模块的辐射功率计算值(块)的辐射功率计算值(红色)和辐射功率测量结果(蓝色)(参考文献1)。辐射功率计算值为1nw为基准,单位为dB。您可以将多个模块配置的谐振峰值位置的小差异归因于在测量过程中难以准确对齐多个模块。值得注意的是,由于三种配置的输入功率相同,辐射功率的谐振峰值和振幅的差异仅由不同的系统布局引起。


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潜在应用领域

EMC模拟可用于检测元件和子系统,如散热器接地的辐射分布对频率特性的影响,或评估接地技术、散热器形状和其他因素的影响。此外,您还可以比较不同通风口尺寸和形状以及金属厚度的屏蔽效果。在这一领域的最新应用中,有一项研究工作是通过放置两个背靠背间隔很小的板来评估屏蔽效果。

EMC为了计算宽带屏蔽效果,宽带电磁辐射优化,从而计算宽带屏蔽效果,宽带电磁辐射,33-D远场辐射图,用于模拟圆柱形近场电磁辐射的转盘测量和可视化,有助于确定电磁与热点位置的电流和电磁场分布。典型的系统级EMC应用包括:保证最大屏蔽效果的外壳设计、外壳内部元件的分布位置EMC系统内外电缆耦合的效果评价、计算及电缆辐射效果的检测。EMC模拟还有助于在外壳和子系统中发现有害电磁波的机理,如空腔共振、穿孔、插槽、接头和其他座椅开口处的电磁辐射,通过电缆传导辐射,与散热器和其他元件的耦合,以及光学元件和显示器,LED固有寄生波导以及其他安装在底座上的元件。


接头类型对EMC的影响

您可以使用一个简单而快速的外壳模型来设计接头配置。图2评估了对接接头产生的辐射和重叠外壳接头产生的辐射。通过相对的屏蔽水平,工程师可以根据外壳进行评估EMC决定预算和实现特定设计配置的成本。在模拟过程中添加内部元件对模拟时间时间产生很小的影响,因此设计者可以很容易地评估接头屏蔽效果,从而导致插槽谐振耦合、谐振腔模式和与内部结构的交互。插槽泄漏的设计规则不适用于上述因素,这将导致高成本的过度设计和欠款设计。


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