ANSYS PCB和機(jī)箱電磁兼容分析

1、1PCB和機(jī)箱電磁兼容分析2內(nèi)容提要EMC設(shè)計(jì)解決方案典型案例總結(jié)3ANSYS UGM 2016整機(jī)裝配測(cè)試超標(biāo)EMC測(cè)試產(chǎn)品EDA開發(fā)整機(jī)裝配EMC認(rèn)證測(cè)試通過(guò)OKNOEMC測(cè)試超標(biāo)EMC測(cè)試傳統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)流程重復(fù)多次電整路改加，工無(wú)法滿足性電能路要系求統(tǒng)，改嚴(yán)板重耽誤交付EM周C期定！位測(cè)試傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程新型設(shè)計(jì)流程EDA/CAD設(shè)計(jì)加工測(cè)試加工 測(cè)試EDA/CAD設(shè)計(jì)如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)仿真要解決哪些問(wèn)題？引用虛擬仿真技術(shù)！4PCB電路板 設(shè)計(jì)與分析線纜設(shè)計(jì)與布 線機(jī)殼屏蔽與系統(tǒng)輻射分析EMC仿真設(shè)計(jì)要點(diǎn)信號(hào)完整性設(shè)計(jì) 電源完整性設(shè)計(jì) 信號(hào)干擾控制 PCB輻射控制等線纜設(shè)計(jì)與選型 線纜布局分析 線

2、纜輻射控制 線纜串?dāng)_分析等機(jī)箱開孔設(shè)計(jì) 設(shè)備布局分區(qū) 電磁泄漏分析 輻射發(fā)射分析等5內(nèi)容提要EMC設(shè)計(jì) 解決方案典型案例總結(jié)6ANSYS 板級(jí)機(jī)箱EMC解決方案SiwavePCB/封裝EMC專用仿真工具DesignerSI電路系統(tǒng)仿真平臺(tái)誤碼率信號(hào)質(zhì)量串?dāng)_/噪聲Q3D任意三維結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)提取工具HFSS任意三維結(jié)構(gòu)全波電磁場(chǎng)輻射仿真工具Push excitationAdd model頻譜分析仿真電路場(chǎng) 路 協(xié) 同S11: Return Loss S21: Insertion LossS參數(shù)PCB近場(chǎng)電源阻抗優(yōu)化電源電流密度寄生參數(shù)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖近場(chǎng)電磁場(chǎng)RE輻射發(fā)射7ANSYS HFSS場(chǎng)分布

3、輻射方向圖等效電路抽取等等有限元法 (FEM)HFSS-IE Solver:積分方程法 (IE)混合算法 (Hybrid FEM-IE)物理光學(xué)法 (PO)HFSS-TR Solver:時(shí)域算法 (DGTD)計(jì)算能力算法模塊應(yīng)用領(lǐng)域端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(S, Z, Y)HFSS:天線：智能產(chǎn)品、藍(lán)牙、WiFi、RCS；RFID、手機(jī)/無(wú)線終端；射頻微波：衛(wèi)星通信、國(guó)防、雷 達(dá)和SI/PI：IC、封裝、PCB、連接器EMI/EMC: 分析設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁干擾及與其他設(shè)備的共存生物醫(yī)療：MRI、人體特定吸收率（SAR）PCB互連器件天線片上元件微波器件RCS微波系統(tǒng)EMI高速通道生物醫(yī)療HFSS 是一款

4、針對(duì)任意三維結(jié)構(gòu)的全波高頻電磁場(chǎng)仿真工具， 它的核心價(jià)值在于向用戶提供基于自動(dòng)網(wǎng)格剖分技術(shù)的高 精度求解技術(shù)。 89HFSS 軟件界面三維結(jié)構(gòu)全波高精度電磁場(chǎng)仿真工具設(shè)計(jì)流程管理屬性窗口模型樹信息欄仿真進(jìn)度/警告欄模型窗口ANSYS 技術(shù)-高精度全波 FEM有限元法(FEM)全波電磁場(chǎng)求解器已有二十多年的商用歷史目前業(yè)界最成熟穩(wěn)定的三維電磁場(chǎng)求解器區(qū)域分解法擅長(zhǎng)求解任意介質(zhì)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)充分考慮材料特性：趨膚效應(yīng)、介質(zhì)損耗、頻變材料FEM 特色技術(shù)自適應(yīng)共形網(wǎng)格剖分、網(wǎng)格加密、曲線型網(wǎng)格切向矢量基函數(shù)、混合階基函數(shù)強(qiáng)大的矩陣求解技術(shù)：直接法、迭代法、超限單元法精確快速抽取端口S參數(shù)快速掃頻技術(shù)1

5、0 2016 ANSYS, Inc.Rectilinear mesh elementCurvilinear mesh element特色功能-參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)諧可以得到所有變量的任意組合所有參數(shù)及其組合對(duì)器件性能的影響器件的精細(xì)設(shè)計(jì)與調(diào)整-40.00-30.00-20.00-10.000.00Y1bpf8_120XY Plot 7ANSOFTCurve InfodB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 :

6、Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)-50.00Setup_1 : Sw eep_1-60.00-70.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.00Freq GHz11特色功能-3D

7、component12ANSYS SIwaveSIwave 是特別針對(duì) PCB、芯片封裝的 SI/PI/EMC 仿真工具，采用定制化的 電磁場(chǎng)算法, 能夠高效準(zhǔn)確地求解幾十層的PCB 和上千管腳的封裝結(jié)構(gòu)。 功能特點(diǎn)與 EDA 設(shè)計(jì)工具無(wú)縫集成，涵蓋PCB 從直流設(shè)計(jì)到去耦電容設(shè)計(jì)，從高速設(shè)計(jì)到EMC設(shè)計(jì)所有方面幫助工程師深刻洞察電路器件與電磁場(chǎng)器件的相互作用自動(dòng)考慮PCB 板上所有互連結(jié)構(gòu)，如走線，過(guò)孔和焊盤等 應(yīng)用領(lǐng)域集成電路(IC) 封裝PCB 直流分布、SI、PI去耦電容自動(dòng)優(yōu)化高速通道設(shè)計(jì)近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射、EMI/EMC 模塊配置SIwave-DCSIwave-PISIwave13新版Si

8、wave用戶界面主要功能：諧振分析 阻抗分析 近場(chǎng)輻射 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射信號(hào)傳輸質(zhì)量 電源完整性 RLGC提取電流密度分布 電壓衰減時(shí)域阻抗反射HFSS 3D layout阻抗自動(dòng)優(yōu)化。Office風(fēng)格流程化界面14EDA接口快捷建模主流EDA設(shè)計(jì)工具接口153D電磁場(chǎng)建模接口特色工具-Siwizard自動(dòng)建立Designer仿真電路，無(wú)須人工自行建仿真電路16特色工具-PI advisor添加電容到優(yōu)化對(duì)象電容庫(kù)篩選實(shí)時(shí)顯示Z11頻響曲線17電源去耦網(wǎng)絡(luò)阻抗自動(dòng)優(yōu)化模塊，考慮電容容值，布局位置，焊盤等細(xì)節(jié)影響特色工具-PI advisor多種優(yōu)化方案優(yōu)化方案細(xì)節(jié)18特色工具-HFSS 3D layo

9、ut3D layout技術(shù)特點(diǎn)：全新的Phi mesh網(wǎng)格劃分技術(shù)調(diào)用HFSS全波高精度仿真引擎便捷的EDA模型編輯能力19高精度多層結(jié)構(gòu)參數(shù)提取PCB機(jī)箱聯(lián)合分析功能0.200.400.600.801.00Freq GHz-300.000.00-250.00-200.00-150.00-100.00-50.000.0070.0050.00Y1HFSSDesign1XY Plot 2m1Curve InfodB(Sphere3meters) Setup1 : SweepGJB_RE102-2Imported2 dBuv/mName X Ym1 0.4300 -151.3243設(shè)備級(jí)RE輻射發(fā)射

10、Siwave完成近場(chǎng)分析HFSS連接Siwave近場(chǎng)數(shù)據(jù)聯(lián)合三維電磁場(chǎng)工具HFSS,可完 成整設(shè)備的EMI分析20其他工具主要工具：DRC自動(dòng)檢查 區(qū)域切割仿真自動(dòng)設(shè)置Pin group芯片封裝與PCB的整合 電容模型管理傳輸線長(zhǎng)度計(jì)算器信號(hào)線分析器版圖編輯器2122ANSYS Q3DQ3D Extractor 是三維準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)求解工具，能夠?qū)θ我?三維結(jié)構(gòu)直接抽取寄生參數(shù)(RLGC) ，生成 SPICE/IBIS 模型。 功能特點(diǎn)電路/寄生參數(shù)提取的最佳工具能夠定義任意導(dǎo)體狀態(tài)，包括接地，浮空與信號(hào)，并無(wú)需重新求解即可 獲得新?tīng)顟B(tài)下的電路參數(shù)無(wú)需人工干預(yù)的全自動(dòng)網(wǎng)格劃分能力能夠?qū)⒔Y(jié)果輸出為

11、SPICE網(wǎng)表，用于系統(tǒng)與電路時(shí)域分析 應(yīng)用領(lǐng)域IC 封裝功率電子器件連接器線纜線束PCB觸摸屏DDRx、Flash MemoryIGBT 封裝觸屏線纜連接器IC封裝ANSYS DesignerDesigner 是 RF、SI、EMC 設(shè)計(jì)中進(jìn)行系統(tǒng)、電路及電磁場(chǎng)分析的綜合設(shè)計(jì)環(huán)境。 應(yīng)用領(lǐng)域SI/PI 分析(如: 高速串并行通道)射頻微波電路(如: 放大器、振蕩器)無(wú)線系統(tǒng)(如: 收發(fā)機(jī))EMI/EMC包含S參數(shù)模型的高速通道眼圖分析大規(guī)模毫米波集成電路 (MMIC) 分析MIMO 系統(tǒng)分析 功能特點(diǎn)電路分析DC 電路、線性電路、瞬態(tài)、高速眼圖、諧波平衡、振蕩器電磁場(chǎng)分析2.5D 矩量法(P

12、lanarEM)、3D 有限元 (HFSS 3D Layout)系統(tǒng)分析系統(tǒng)時(shí)域分析、系統(tǒng)頻域分析場(chǎng)路協(xié)同與HFSS、Q3D、SIwave、PlanarEM 的動(dòng)態(tài)鏈接功能與HFSS、SIwave、PlanarEM 的激勵(lì)推送功能Layout 編輯器ECAD 數(shù)據(jù)讀取、導(dǎo)入導(dǎo)出DXF、GDSII、ANF等格式輔助工具Network Data Explorer、濾波器綜合、Simith 圓圖 模塊配置23ANSYS Designer Pre/PostANSYS RF OptionANSYS SI OptionDesigner界面EM Design：電磁仿真Circuit design ：電路仿真

13、設(shè)計(jì)Circuit netlist：網(wǎng)表電路仿真Filter design：濾波電路設(shè)計(jì)工具器件模型庫(kù)24電路仿真功能Designer(SI Option) Designer(RF Option)25特色功能VerifyEye Analysis使用統(tǒng)計(jì)(statistical)的方法分析誤碼 率分布BER (Bit Error Rate)、浴缸圖 (bathtub)，非?？焖伲铱梢灾С中?片后端的行為處理功能，例如均衡電 路；QuickEye Analysis通過(guò)階躍效應(yīng)作bitpattern作卷積算法 計(jì)算，活的眼圖及波形。特點(diǎn)是計(jì)算 速度快, 可以直接用IBIS或IBIS-AMI等AMI

14、 Analysis使用沖擊響應(yīng)與pattern做convolution運(yùn)算， (不受線性系統(tǒng)的限制)，且可 以支持芯片后端的行為處理功能，例 如均衡電路。26支持器件廠商目前能提供的幾乎所有格式的電路模型，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)ANSYS軟件場(chǎng)分析模型的協(xié)同建模仿真電路模型接口27特色工具-UDS自定義方案強(qiáng)大后處理功能，用戶自定義DDR總線數(shù)據(jù)處理方案，無(wú)需人工量測(cè)計(jì)算各項(xiàng)繁雜的仿真參數(shù)28新版R17.1 EMDesktop整合了HFSS/Q3D/Designer/Maxwell等用戶界面實(shí)現(xiàn)場(chǎng)路界面完美結(jié)合29統(tǒng)一的操作環(huán)境ANSYS 統(tǒng)一的多物理場(chǎng)仿真環(huán)境 WorkbenchR16 全新推出 ANS

15、YS 電子設(shè)計(jì)桌面系統(tǒng)、電路和三維電磁場(chǎng)仿真之間更緊密集成統(tǒng)一的界面布局和操作習(xí)慣工程設(shè)計(jì)樹參數(shù)化建模模型前處理材料庫(kù)求解設(shè)置結(jié)果后處理場(chǎng)分布顯示30GM 201631ANSYS U場(chǎng)路協(xié)同仿真HF: HFSS與Designer 的動(dòng)態(tài)鏈接EM: Maxwell/Q3D/Simulink與Simplorer 的動(dòng)態(tài)鏈接SI/PI/EMI: HFSS/SIwave/Q3D與Designer 的動(dòng)態(tài)鏈接電磁場(chǎng)工具和電路/系統(tǒng)工具之間可實(shí)現(xiàn)雙向動(dòng)態(tài)鏈接與場(chǎng)路協(xié)同仿真Down-Top：從部件設(shè)計(jì)直至完整系統(tǒng)Top-Down：從系統(tǒng)至子系統(tǒng)逐步設(shè)計(jì)HFSS 四面體網(wǎng)格HFSS 三角面元網(wǎng)格HFSS 3D

16、 Layout Phi網(wǎng)格技術(shù) 高效處理復(fù)雜PCB和封裝自動(dòng)且精確的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分所有的場(chǎng)仿真軟件都具備，用戶可專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，無(wú)需重復(fù)驗(yàn)證仿真結(jié)果Q3D 網(wǎng)格Maxwell 2D 網(wǎng) 格Maxwell 3D 網(wǎng) 格曲面型網(wǎng)格單元更好剖分曲面結(jié)構(gòu)R16 中的三維組件功能，可實(shí)現(xiàn)組件裝配與網(wǎng)格復(fù)用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分極易用，且確保結(jié)果準(zhǔn)確32穩(wěn)健的剖分算法，自動(dòng)得到精確的網(wǎng)格共形的網(wǎng)格單元，可完美表征幾何結(jié)構(gòu)自適應(yīng)剖分迭代，確保準(zhǔn)確的仿真結(jié)果靈活高效的工具模塊靈活的工具功能模塊可以幫助用戶快速建模分析，提高仿真效率，包括：HFSS 3D Layout, Siwizard, Pi advisor, wo

17、rkfolw, 3D component, UDS, ADK,Cable Designkit, signal net analysiser等等軟件流程向?qū)iwizard:場(chǎng)路協(xié)同自動(dòng)化PI advisor:電源自動(dòng)優(yōu)化工具-60.00-70.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.00Freq GHz-50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.00Y1XY Plot 7bpf8_120 ANSOFTCurve InfodB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1

18、,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port1,All)Setup_1 : Sw eep_1dB(TuneS(Port1,Port2,All)Setup_1 : Sw eep_1三維結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)諧33A

19、NSYS Electronics HPC & DSOHPC 價(jià)值HPC 的求解技術(shù)HFSSQ3DSIwaveDesignerMaxwell提升速度、縮短時(shí)間仿真更大更復(fù)雜模型充分利用硬件資源模塊配置多線程求解區(qū)域分解并行HPC PackHPC Workgroup DSO 價(jià)值掃頻求解并行CG/DCRL/ACRL 求解并行GPU 加速通過(guò)并行加快參數(shù)掃描、優(yōu)化分析、 統(tǒng)計(jì)分析的速度充分利用硬件資源與 HPC 配合，進(jìn)一步提升效率（多層級(jí)HPC）34ElectromagneticsFluid DynamicsStructural Mechanics2.003.004.005.007.008.006

20、.00Time ms123.75140.00160.00180.00200.00MnotweN Y1Torque (Neter)Time (ms)Single physics simulation, assuming a magnet temperature of 22C3-way Multiphysics simulation shows that theactual magnet temperature: 53C16% drop inpredictedperformance電磁熱結(jié)構(gòu)在ANSYS Workbench平臺(tái)，只需拖 放就能實(shí)現(xiàn)方便快捷的耦合仿真和 自動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)電磁和結(jié)構(gòu)、

21、 流體的耦合仿真，進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)和 熱應(yīng)力仿真多物理場(chǎng)耦合仿真35內(nèi)容提要EMC設(shè)計(jì)解決方案 典型案例總結(jié)36PCB 機(jī)箱的SI/PI/EMC仿真分析37仿真案例Controller ICMemory ICGNDVCCSignals高性能PCB設(shè)計(jì)OutputInput解決了PCB的SI/PI/EMC問(wèn)題，也就基本保證了PCB的高性能Impedance matchingEMI / EMCCommon mode signalPower supply and GrandKeep low impedancenoiseEMI / EMC電磁設(shè)計(jì)！Signal IntegrityReflectionDel

22、ay, a skewSCriogsns taalklJitterIntegrityPower IntegritySSO/SSNPlain resoPnoanwce erKeep loIwntimepgedraintcye of PDS38選擇高速信號(hào)快速建模1，選擇信號(hào)網(wǎng)絡(luò)2，設(shè)定芯片模型與參數(shù)3，設(shè)定電源供電參數(shù)39自動(dòng)場(chǎng)路協(xié)同信號(hào)時(shí)域波形信號(hào)時(shí)域眼圖PCB寬帶模型自動(dòng)創(chuàng)建的仿真電路芯片模型40芯片電源pin腳紋波噪聲頻譜41電源紋波PCB輻射分析42地噪聲分析如果PCB地接點(diǎn)存在一定的接地阻抗43PCB地噪聲SOURCE_RESISTANCE 144-4.80E-06-7.71E-09 3.24E-062.19E-06-2.19E-06 1.87E-06-1.01E-06 3.52E-065.93E-07750000000 -2.14E-06751000000 -2.79E-06752000000 9.38E-07753000000 -3.48E-06754000000 6.67E-07755000000 -1.04E-