如何獲取EMC措施狀態(tài)下的CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法的測(cè)量值

?EMC分析方法與計(jì)算模型主要包括以下內(nèi)容：?1?核心分析方法和計(jì)算模型?：

?測(cè)試法?：通過(guò)在特定環(huán)境下對(duì)設(shè)備進(jìn)行電磁發(fā)射和抗擾度的實(shí)際測(cè)量，直觀反映設(shè)備的EMC性能。但這種方法成本高且耗時(shí)。

?仿真法?：借助計(jì)算模型進(jìn)行。常見(jiàn)的計(jì)算模型有?電路模型，用于分析電路內(nèi)部的電磁傳導(dǎo)干擾;還有?電磁場(chǎng)模型，能處理輻射干擾等復(fù)雜情況?；?有限元法等數(shù)值計(jì)算方法的模型，可將復(fù)雜的電磁環(huán)境離散化求解。

?具體的計(jì)算模型?：

??電路理論模型?：可用于簡(jiǎn)單電路的EMC分析，通過(guò)對(duì)電路中元件的電磁特性進(jìn)行建模計(jì)算。

??傳輸線模型?：適用于分析電磁信號(hào)在導(dǎo)線中的傳輸特性，考慮到信號(hào)的反射、衰減等情況。

?數(shù)值計(jì)算模型?：如有限元法，能解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電磁問(wèn)題，通過(guò)將求解區(qū)域離散化，得到電磁場(chǎng)的分布等。

?EMC分析方法的應(yīng)用?：

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期預(yù)測(cè)EMC問(wèn)題，便于及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)，從而減少后期整改成本，提高產(chǎn)品的電磁兼容性。

在電子設(shè)備研發(fā)中，這些分析方法和計(jì)算模型有著不可替代的作用，有助于保障電子設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

此外，EMC分析方法還包括對(duì)電路布局的考量、合理安排信號(hào)線與電源線的走向、減少電磁干擾的耦合路徑，以及進(jìn)行接地設(shè)計(jì)優(yōu)化等。

綜上所述，EMC分析方法與計(jì)算模型在電子設(shè)備設(shè)計(jì)和研發(fā)中具有重要意義，能夠幫助工程師預(yù)測(cè)和解決潛在的電磁兼容性問(wèn)題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

有人說(shuō)過(guò)，世界上只有兩種電子工程師：經(jīng)歷過(guò)電磁干擾的和沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)電磁干擾的。伴隨著PCB信號(hào)頻率的提升，電磁兼容設(shè)計(jì)是我們電子工程師不得不考慮的問(wèn)題。面對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行一個(gè)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)的EMC分析時(shí)，有以下5個(gè)重要屬性需考慮：

01

關(guān)鍵器件尺寸：產(chǎn)生輻射的發(fā)射器件的物理尺寸。射頻(RF)電流將會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)機(jī)殼泄漏而脫離機(jī)殼。PCB上的走線長(zhǎng)度作為傳輸路徑對(duì)射頻電流具有直接的影響。

02

阻抗匹配：源和接收器的阻抗，以及兩者之間的傳輸阻抗。

03

干擾信號(hào)的時(shí)間特性：這個(gè)問(wèn)題是連續(xù)(周期信號(hào))事件，還是僅僅存在于特定操作周期(例如單次事件可能是某次按鍵操作或者上電干擾，周期性的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)操作或網(wǎng)絡(luò)突發(fā)傳輸)。

04

干擾信號(hào)的強(qiáng)度：源能量級(jí)別有多強(qiáng)，并且它產(chǎn)生有害干擾的潛力有多大。

05

干擾信號(hào)的頻率特性：使用頻譜儀進(jìn)行波形觀察，觀察問(wèn)題出現(xiàn)在頻譜的哪個(gè)位置，便于找到問(wèn)題的所在。

另外，一些低頻電路的設(shè)計(jì)習(xí)慣需要注意。例如我慣用的單點(diǎn)接地對(duì)于低頻應(yīng)用是非常適合的，但是和公司大牛聊天，發(fā)現(xiàn)不適合于射頻信號(hào)場(chǎng)合，因?yàn)樯漕l信號(hào)場(chǎng)合存在更多的EMI問(wèn)題。相信有些工程師會(huì)將單點(diǎn)接地應(yīng)用到所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，而沒(méi)有認(rèn)識(shí)到使用這種接地方法可能會(huì)產(chǎn)生更多或更復(fù)雜的電磁兼容問(wèn)題。

我們還應(yīng)該注意電路組件內(nèi)的電流流向。由電路知識(shí)我們知道，電流從電壓高的地方流向低的地方，并且電流總是通過(guò)一條或更多條路徑在一個(gè)閉環(huán)電路中流動(dòng)，因此有個(gè)很重要的規(guī)律：設(shè)計(jì)一個(gè)最小回路。針對(duì)那些測(cè)量到干擾電流的方向，通過(guò)修改PCB走線，使其不影響負(fù)載或敏感電路。那些要求從電源到負(fù)載的高阻抗路徑的應(yīng)用，必須考慮返回電流可以流過(guò)的所有可能的路徑。

我們還需要注意PCB走線。導(dǎo)線或走線的阻抗包含電阻R和感抗，在高頻時(shí)有阻抗，沒(méi)有容抗。當(dāng)走線頻率高于100kHz以上時(shí)，導(dǎo)線或走線變成了電感。在音頻以上工作的導(dǎo)線或走線可能成為射頻天線。在EMC的規(guī)范中，不容許導(dǎo)線或走線在某一特定頻率的λ/20以下工作(天線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度等于某一特定頻率的λ/4或λ/2)。如果不小心設(shè)計(jì)成那樣，那么走線就變成了一根高效能的天線，這讓后期的調(diào)試變得更加棘手。

CISPR是IEC的下屬組織國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(法語(yǔ)：Comité international spécial des perturbations radioélectriques)的縮寫(xiě)。ALSE法是“Absorber-Lined Shielded Enclosure”的縮寫(xiě)，是一種測(cè)量從DUT(測(cè)試對(duì)象：半導(dǎo)體集成電路(LSI))和線束等輻射出的電磁噪聲的方法。

計(jì)算對(duì)象包括車(chē)載蓄電池(Battery)、人工電源網(wǎng)絡(luò)(AN)、線束、DUT(測(cè)試對(duì)象)、接地層等。計(jì)算概念基于IEC 62433標(biāo)準(zhǔn)，支持?jǐn)?shù)據(jù)同化(Data Assimilation)，支持降噪(Noise Reduction)。分析方法為電路分析、電磁場(chǎng)分析和數(shù)值分析。

接下來(lái)我按照順序逐一講解。在試行計(jì)算中，分兩個(gè)階段進(jìn)行處理，優(yōu)化(Optimization)和預(yù)測(cè)計(jì)算(Prediction)分別使用shell腳本來(lái)自動(dòng)化處理。第一階段的優(yōu)化(Optimization)按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：

① 針對(duì)半導(dǎo)體集成電路(LSI)的電源電流和負(fù)載電流，通過(guò)PWL(Piecewise Linear，分段線性)波形創(chuàng)建IA模型(電磁干擾模型)。這一步通過(guò)電路分析(瞬態(tài)分析)來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

② 由于使用數(shù)據(jù)同化技術(shù)，因此可以獲取沒(méi)有實(shí)施EMC措施狀態(tài)下的CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法的測(cè)量值。

③ 對(duì)①I(mǎi)A模型(PWL波形)和②測(cè)量值都進(jìn)行降噪處理(上限包絡(luò)處理)。這一步通過(guò)數(shù)值分析來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

④ 在SPICE電路網(wǎng)中描述車(chē)載蓄電池(Battery)和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AN)，將線束和接地層作為電磁場(chǎng)分析的計(jì)算對(duì)象，創(chuàng)建CAD數(shù)據(jù)。

⑤ 通過(guò)電磁場(chǎng)分析(MoM法：矩量法)來(lái)計(jì)算③和④，可以求得1個(gè)頻率的輻射發(fā)射值(電場(chǎng)：dBμV/m)。

⑥ 到此為止只是計(jì)算值，因此通過(guò)計(jì)算與③中測(cè)量值之間的差異來(lái)校正計(jì)算值。

⑦ 對(duì)所需頻率(例如開(kāi)關(guān)頻率的N次諧波)重復(fù)相同的計(jì)算，將各瞬態(tài)分析的結(jié)果創(chuàng)建為曲線圖(頻率軸)，并繪制限值(與AC分析結(jié)果格式相同)。然后，優(yōu)化(Optimization)的計(jì)算結(jié)果顯示出計(jì)算值與測(cè)量值幾乎是完全一致的狀態(tài)。

第二階段的預(yù)測(cè)計(jì)算(Prediction)按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：

⑧ 獲取已實(shí)施EMC措施的半導(dǎo)體集成電路(LSI)的IA模型(PWL波形)。其目的是計(jì)算和預(yù)測(cè)在重新設(shè)計(jì)硅芯片或更改應(yīng)用電路時(shí)電源電流和負(fù)載電流的變化等因素對(duì)減少輻射發(fā)射(RE)有怎樣的效果。

⑨ 對(duì)這個(gè)⑧IA模型(PWL波形)進(jìn)行降噪處理(上限包絡(luò)處理)。

⑩ 將③中的IA模型(PWL波形)替換為⑧中的IA模型(PWL波形)，求1個(gè)頻率的輻射發(fā)射值(電場(chǎng)：dBμV/m)。

? 使用優(yōu)化(Optimization)⑥中求得的差值來(lái)校正⑩輻射發(fā)射的計(jì)算值。

? 對(duì)多個(gè)頻率進(jìn)行與⑦相同的計(jì)算。根據(jù)該結(jié)果，即可判斷預(yù)測(cè)計(jì)算(Prediction)是否符合“CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法”。