PCB作為電子系統(tǒng)的載體，承載著系統(tǒng)中的工作芯片，傳輸線，供電網(wǎng)絡等關鍵部件，其本身的質(zhì)量關系著系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。隨著頻率的升高，PCB的電磁兼容問題也越來越突出。

一方面，在PCB設計中，不連續(xù)參考面，電源抖動噪聲等非理想因素都會導致電磁能量通過傳導，輻射的方式散發(fā)出去，影響其他部件的正常工作，另一方面，頻率的不斷提升，帶來的不僅是性能的提高，隨之而來的還有設計難度的不斷加大，以及設計裕量的不斷減小，也意味著系統(tǒng)更加容易受到電磁能量的干擾，需要采取必要的措施對PCB電路進行保護。

總而言之，對于現(xiàn)代電子系統(tǒng)，不僅要求PCB的SI/PI達到要求，更需要對SI/PI與EMC進行協(xié)同設計，從設計的源頭就對PCB板上的傳導與輻射噪聲就行控制和優(yōu)化，以改善系統(tǒng)的EMC性能，同時設計必要的防護措施對PCB的敏感電路進行保護。

PCB傳導噪聲分析

PCB板上的各個芯片之間都需要有信號及電源走線面進行相互連接，隨著頻率的升高和走線數(shù)量的增加，電磁能量越來越容易在各個信號與電源平面之間傳播，產(chǎn)生EMC傳導干擾，設計者需要快速定位耦合路徑及強度，以找到合適的解決辦法。有下面的實際案例中，Ansys的SIwave允許用戶在系統(tǒng)中任意地方添加端口，并評估兩者之間的隔離度，以查找最有可能的耦合路徑。

在確定信號的耦合路徑之后，SIwave還可以和Designer協(xié)同仿真，直接添加芯片的IBIS模型，查看信號真實工作狀態(tài)下的干擾情況。

Ansys的SIwave可以針對完整的系統(tǒng)無源結構進行快速準確的隔離度分析，方便快捷，并在此基礎上，通過Desginer電路仿真平臺將系統(tǒng)無源結構與有源芯片結合，準確分析系統(tǒng)中的傳導噪聲。

PCB輻射噪聲

在整個PCB板上存在著眾多的頻率分量，設計中的阻抗不連續(xù)，過孔等非理想因素所導致的反射，串擾等情況，非常容易將這些電磁能量輻射到空間中，影響其他部件的正常工作。實際上這些電磁能量的輻射與設計的層疊，電源地平面形狀等結構形成電磁諧振箱體息息相關，但傳統(tǒng)的二維仿真工具，會采用的理想化的處理手段，無法考慮電源平面分割等非理想因素。

Ansys的SIwave可以幫助設計者在初期就考察PCB結構的本征諧振分布，進行合理的器件布局，從源頭避免諧振的產(chǎn)生。

為真實評估PCB的輻射情況，Ansys的SIwave與Designer可以相互調(diào)用，進行場路協(xié)同仿真，將Designer計算出的實際工作波形自動回推到SIwave的三維結構當作真實的激勵源。

通過SIwave特有的EMC近場和遠場仿真功能，設計者可以非常方便的得到系統(tǒng)在真實工作狀態(tài)下的遠場輻射曲線和近場輻射分布圖。

在整個PCB輻射仿真流程中，Ansys可以幫助設計者考察PCB結構的本征諧振，從源頭規(guī)避諧振的產(chǎn)生，并在仿真時考慮非理想電源地等實際情況的影響，通過SIwave與Designer的場路協(xié)同仿真，得到PCB板在實際工作狀態(tài)下的近場與遠場輻射。

PCB輻射控制與優(yōu)化

Ansys的仿真平臺不僅可以幫助設計者得到真實的PCB輻射，還可以幫助設計者進行必要的控制與優(yōu)化。在下面的實例中，設計者使用Designer與SIwave對信號的SI與輻射同時進行仿真，評估信號串聯(lián)電阻對SI/EMI的影響。

從結果中，可以看到SI/EMI之間存在矛盾性，增加信號的串聯(lián)電阻，雖然降低了EMI輻射，但也使得信號的上升沿變緩，導致信號的時序受到較大影響。但通過SI/EMI的聯(lián)合仿真，設計者可以在二者之間取得完美平衡。

電源的噪聲波動是EMI輻射的另外一個重要來源，SIwave可以幫助設計者快速提取電源地平面的交流阻抗，并查看整個電源平面的能量傳播方式，為去耦電容策略提供參考。

通過SIwave的模塊PI_advisor，設計者還可以將此過程完全自動化，設計者只需給PI_advisor指定優(yōu)化目標，就可以根據(jù)要求對電容種類和數(shù)量等進行自動優(yōu)化。

在整個PCB輻射的優(yōu)化過程中，Ansys的仿真工具允許設計者進行SI/EMI、PI/EMI的協(xié)同仿真，既考慮兩者之間的矛盾性，也考慮兩者之間的一致性，可操作性強，仿真結果真實準確，并且能夠自動進行去耦電容的優(yōu)化，方便快捷。

PCB EMS仿真

PCBEMC設計中，不僅要控制PCB的對外輻射，設計者還需要對PCB進行必要的保護，以避免PCB電路因受到外界電磁能量的干擾而導致系統(tǒng)故障。由于EMS保護器件通常都是非線性器件，為了仿真PCB受到電磁干擾之后的影響，設計者不僅要提取精確的PCB模型，還要精確模擬EMS干擾信號和保護器件，查看干擾信號在PCB電路及三維結構中的能量分布，以此評估PCB電路的抗干擾性能。因為通常的保護電路會加重系統(tǒng)負載，還要進行EMS與SI的協(xié)同仿真，避免設計出的保護電路影響PCB的信號質(zhì)量。

Ansys的Designer本身自帶豐富的模型庫，可精確模擬各種類型的干擾信號及非線性保護器件。

設計也可以使用Ansys的三維仿真工具Q3D和HFSS查看干擾信號進入PCB之后的能量分布，并在其感應路徑上進行接地和隔離等處理，以避免干擾信號對芯片等重要器件的影響。

Ansys的EMS仿真能夠?qū)φ鎸嵉母蓴_信號和保護器件進行精確建模，確保了仿真結果的可信性，并能夠進行EMS/SI的協(xié)同仿真，使得設計者全面把握PCB設計中的多個關鍵環(huán)節(jié)，進行平衡設計，三維仿真工具的應用設計者能夠考慮PCB系統(tǒng)的精確結構，更加有效的制定優(yōu)化方案。

PCB RS仿真

Ansys SIwave軟件具備PCB的RS直接仿真能力，可以仿真在任意方向和極化形式的平面波照射下，在PCB上指定位置的感應電壓。這種仿真方法能夠在僅僅知道干擾頻段，但是具體干擾波形未知的情況，提前評估PCB上關鍵網(wǎng)絡對外加電磁輻射干擾的。SIwave軟件在仿真過程中充分利用PCB結構的特點，能夠在提供與全波算法類似精度的同時，提升仿真速度10倍以上。

審核編輯：劉清