【经验】采用EMC专家系统和三维模拟工具建立和验证EMC设计规则解决PCB设计EMC问题

时间： 2019-05-29 来源：合盈电路

技术问答

选型帮助

研发客服

商务客服

现代电子系统的速度越来越快，设计的复杂程度也越来越高，PCB设计工程师将面临两方面的EMC问题：

一方面，共模电磁杂讯随时钟频率的提高而增大，差模电磁杂讯随时钟频率平方的增加而增大，电子系统的工作速度越高，EMC的分析就越重要；

另一方面，不断提升的系统复杂度使得PCB设计工程师无法及时运用复杂的三维模拟工具来模拟系统的EMI。除系统的复杂度以外，新技术的引入如先进的器件封装技术以及越来越低的逻辑电压摆幅也迫切需要实施EMI分析。

面对这种情况，越来越多的PCB设计工程师小组转而求助于EMC专家系统。这些专家系统工具的工作方式类似于真正的EMC专家解决实际的EMC问题，内置的设计规则检查器(DRC)帮助PCB设计工程师迅速鉴别PCB和MCM中最主要的EMC问题，甚至还提供解决这些EMC问题的建议和可行的解决方案。

虽然EMC专家系统工具提供了很好的EMC解决方案，然而如果设计规则本身不淮确，那么设计规则检查也就失去了意义。为了保证EMC专家系统的品质，用户必须确保所有的规则是藉由验证和确认的正确的设计规则。PCB设计工程师小组可以加入行业协会(例如密苏?大学EMC协会)来验证和确认现有的设计规则，也可以建立新的设计规则。当然设计小组内部也可以聘请EMC专家来实施设计系统的详细的(通常都是三维)建模和模拟。

建模和模拟需要耗费大量的时间，然而这一过程通常都可以独立于设计周期而实现，这主要是因为该过程的目标是要为未来的设计构造一整套设计规则检查(DRC)库。开发一整套高品质的EMC设计规则并且验证其淮确性，这对一个企业的成功起著至关重要的作用。好的设计规则可以缩短公司产品的上市时间，更可以帮助企业超越竞争对手。

内嵌在工具中的EMC专家分析

EMC专家工具最主要的作用在于它可以迅速并且淮确地评估电路板设计中的EMC问题。这样的工具通常将电路板的布局布线文件作为输入，将不同的PCB结构在三维空间进行映射，据此来判定这些PCB结构是否违反了一系列的物理设计规则。藉由评估，EMC专家工具以列表的方式加亮显示有问题的电路板布线和零组件，并且可以同时查看电路板设计的问题所在。

除了给出问题列表以外，用户也能够获得解决这些问题的专家建议。这些专家的建议可以内置到工具中基于标淮设计实践的基本EMC参考资讯中。公司的EMC专家同样也可以建立一个与定制设计规则一致的推荐数据库。

如上所述，设计规则和专家的建议也可以来自一个专业开发和收集EMC数据的行业协会。位于罗拉市的密苏?大学EMC协会就是这样一个组织，其前身是EMI专家系统联盟。该团体是大学和工业界EMI/EMC方法学和技术评估组织，其研究已为多个专家系统工具中采用的算法分析和EMC规则提供了基础。

除了提供快速而淮确的分析之外，EMC专家工具一个关键的特徵就是新的设计规则的嵌入十分简便。采用电子数据表格的模型输入系统使得从标淮的数据手册资料中输入新的模型变得非常容易。这样的EMC专家系统工具同样也提供应用程式介面(API)来帮助输入新的设计规则。API允许用户描述详细的设计规则，而由EMC专家系统工具来处理设计规则与电路板布局布线之间映射的细节。

建立EMC设计规则

创建或者验证EMC设计规则通常采用有限差分时域(FDTD)办法。FDTD方法在一个三维的网格上求解麦克斯韦方程，并且在一个立方体上绘出电场图，而在立方体中心的一个球体上绘出磁场图。FDTD方法的计算处理过程不断更新电场和磁场数据，相对于前面的数值而言这些场的数据随时间跳跃变化。基于FDTD方法的三维模拟工具允许EMC工程师将对应EMC设计规则的电场和磁场建模。

作为建模的一个例子，要考虑这样三个设计规则：

20H规则(是指大小不一致的电源/接地平面)、电源平面连通规则和布线跨越缝隙规则。

为了验证这些设计规则，可以使用EMC专家工具套件计算违反或符合该设计规则的PCB结构所对应的电磁场。工具套件中的三维模拟工具使用FDTD方法来计算电磁场，在三维图形上以不同的颜色来表示场强的变化。

第二条设计规则是指将不同的电源平面连接起来以实现电磁场的屏蔽。电源平面上存在一个电源环时，要采用过孔将这个电源环吸附到电源平面上。这些过孔形成了一种屏蔽盒，因而可以屏蔽绝大部份的电磁场。要将这一结论应用到一个或更多特殊的EMC设计规则中，用户可以使用三维场提取工具来探索不同的过孔连接，确保电磁场的有效抑制。

最后一条设计规则是如何处理PCB布线跨越分割两个地平面之间缝隙的情况。在PCB板上可能为设计的模拟和数位部份使用不同的地平面，也有可能为不同的电源电压设置不同的地区域。如果一个PCB布线跨越这些地平面之间的缝隙，就会有返回电流在缝隙周围流过，因而会导致电磁干扰问题。

考虑到接地平面可能是不规则的，并且必须将多层PCB板的接地平面分别进行比较，不借助DRC这样的功能要找出穿越缝隙的走线可能会很困难。然而，EMC专家工具却可以很容易地检测出这样的问题，而且这种设计规则的描述和形成也很简单。DRC可以自动地检测出任意一根PCB布线是在地平面之上还是在地平面之下，因此主要的任务就是指明可能在特定信号频率上导致问题的设计尺寸。

本文总结

优秀的EMC规划包括两个互相交迭的阶段。在开发和确认阶段，EMC专家建立并且测试一套设计规则如PCB设计规则、零组件的选择规则以及时钟速度规则等，这些设计规则将支援整个PCB设计。

使用EMC专家分析工具，设计小组可以审查和验证用于PCB和MCM上检测EMC问题的设计规则。在设计周期之外来完成这些耗时的设计规则验证工作可以帮助厂商开发精确而完善的设计规则集，而EMC专家工具可以迅速地在设计周期之内、电路板尚未开始生产之前运用这些设计规则来发现潜在的问题。使用一套正确而完善的EMC设计规则集，这种方法可以取得很好的效果，而且藉由预防EMC故障，极大地缩短了产品的上市时间。

合盈电路PCB板定制服务即采用EMC专家系统和三维模拟工具建立和验证EMC设计规则解决PCB设计EMC问题。合盈电路可以提供印制电路板CAD设计、PCB制造、SMT一站式服务的解决方案，用户可以在世强元件电商平台直接获取来自合盈电路的PCB板定制服务、技术资讯、官方资料等。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由生产小能手转载自合盈电路，原文标题为:采用EMC专家系统和三维模拟工具建立和验证EMC设计规则，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

【经验】怎么选择高频天线PCB板的材料？

随着通信技术从2G、2.5G到3G，以及目前的4G，数据传输吞吐量越来越大，需要的带宽越来越宽，频率越来越高；设备的小型化也是未来的发展趋势之一，而设备一旦变小，就需要PCB具有更高的热量传导能力和更高的介电常数。高频天线板材料主要应用在高功率放大器、基站天线、全球定位系统、气象雷达和气象卫星、以及汽车雷达与传感器等。本文就来详细介绍下如何选择高频天线PCB板的材料。

设计经验发布时间 : 2019-05-27

为什么现在PCB有无卤素要求？

为什么现在PCB有无卤素要求？本文中合盈电路将为大家解析一二。

设计经验发布时间 : 2023-10-26

【经验】PCB板级设计中控制共模辐射EMI的主要步骤

中国工程师在高频模拟和数位混合电路板设计的过程中，非常关心EMI对电路性能的影响。EMI抑制的措施很多，但是控制EMI的主要途径是减少辐射源的能量并且控制电路板上电压电流产生的电磁场的大小。本文作者具有几十年的电路板设计经验，他对板级抑制EMI技术做了深入分析。

设计经验发布时间 : 2019-05-29

高频多层混压PCB板快速打样/定制

可加工PCB板层数：1~30层，板材类型：单双面板/多层板/HDI盲埋孔板/高频高速板/微波射频天线板/高精度阻抗板/厚铜板/微波FR4/耐腐蚀光模块PCB等，成品尺寸：5*5cm~58*70cm；板厚0.2~6mm。

服务提供商 - 合盈电路进入

【经验】如何在PCB Layout设计时增强防静电ESD功能

在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现 PCB 的抗 ESD 设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整 PCB 布局布线，能够很好地防范 ESD 。

设计经验发布时间 : 2019-06-26

【经验】可为适用于高频电路及精密通信设备的散热和建筑装饰行业的铜基板提供加工服务

铜基板是金属基板中最贵的一种，散热效果比铝基板和铁基板都好很多倍，适用于高频电路以及高低温变化大的地区及精密通信设备的散热和建筑装饰行业等。合盈电路的PCB板定制服务可以快速加工高品质的厚铜板。

设计经验发布时间 : 2019-09-25

【经验】高频PCB板的加工流程

在无线网络、卫星通讯的日益发展，信息产品走向高速与高频化，及通信产品走向容量大速度快的无线传输之语音、视像和数据规范化，因此发展的新一代产品都需要高频板。那么高频板的加工流程是怎样的呢？本文分享合盈电路PCB加工流程。

设计经验发布时间 : 2019-05-14

如果有很少量的贴片PCB板，制板厂给加工么？比如就像做12块板子，工厂能给贴片么？是不是只提供PCB图就可以？

如果是从PCB制造到贴片的打样制作是可以的，单独的打样贴片暂时满足不了。推荐合盈电路，可以提供从PCB制造到贴片的打样制作。

技术问答发布时间 : 2019-05-16

【经验】精密高频电路PCB板操作的注意事项

随着科技的快速发展，信息产品走向高速与高频化，及通信产品走向容量大速度快的无线传输之语音、视像和数据规范化，精密高频板的应用越来越普及。那么精密高频板操作的注意事项都有哪些呢？

设计经验发布时间 : 2019-07-19

【经验】PCB线路板设计中应如何实现高效散热？

对于电子设备来说，工作时都会产生一定的热量，从而使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性能就会下降。因此，对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。PCB电路板的散热是一个非常重要的环节。本文分享PCB电路板散热技巧。

设计经验发布时间 : 2019-07-04

我们的PCB电路画好了，但要发给厂商加工电路板，需要提供那些资料给他们呢？是不是全部电路文件给他们呢？如果全部文件发给他们，他们会不会以方案形式拿去出售做其他商业交易呢？

进行PCB生产的话需要提供的资料包括：设计文件（DXP、CAD、PADS、Gerber都可以），制板说明（主要为设计文稿所未包含的设计信息，包括但不仅限于板厚、铜厚、板材、叠层、阻抗设计要求、表面工艺、执行标准等级、特殊工艺要求等）；需要进行SMT贴片的还需要额外给出bom表信息。涉及到客户整包项目的内容，如有担忧可签订技术保密协议。合盈电路是世强的签约生态合作伙伴，可以提供印制电路板CAD设计、PCB制造、SMT一站式服务的解决方案，用户可以在世强元件电商平台直接获取来自合盈电路的PCB板定制服务、技术资讯、官方资料等。

技术问答发布时间 : 2019-05-16