大家好!我是ROHM的稻垣。

第21篇是電磁兼容性(EMC)的計(jì)算方法和仿真系列的第6篇，我們將介紹輻射抗擾度(RI： Radiated Immunity)的試行計(jì)算方法。在車載電子產(chǎn)品的電磁兼容性(EMC)相關(guān)的“ISO 11452-2標(biāo)準(zhǔn)中，稱為 ALSE法(Absorber-lined shielded enclosure)”。

該方法是將車載蓄電池、線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、線束、DUT(測試對(duì)象)等配置在基準(zhǔn)接地面上，從距離DUT(測試對(duì)象)1米處的天線施加電磁噪聲(電場)，然后判斷DUT是否發(fā)生誤動(dòng)作。CISPR25標(biāo)準(zhǔn)的ALSE法是觀測來自線束等的輻射抗擾度，而ISO 11452-2標(biāo)準(zhǔn)的ALSE法則是觀測針對(duì)線束等的輻射抗擾度，所以兩者的現(xiàn)象是相反的。

關(guān)于預(yù)測計(jì)算，如果環(huán)境是可以通過CISPR25標(biāo)準(zhǔn)ALSE法進(jìn)行計(jì)算的環(huán)境，那么就需要更改一些設(shè)置，但我認(rèn)為CAD等數(shù)據(jù)幾乎可以直接使用。計(jì)算對(duì)象除上述項(xiàng)目外，還包括天線信號(hào)源(電場)、EMC對(duì)策元器件(此處為電容元件C)、DUT(LSI模型，無源器件)、合規(guī)性判斷裝置等。

在本文中，我們將結(jié)合使用電磁場分析和電路分析進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的大致思路是通過電磁場分析，根據(jù)天線的電場強(qiáng)度計(jì)算出與線束相連接的印刷電路板(PCB)的感應(yīng)電壓。根據(jù)該感應(yīng)電壓和到達(dá)DUT(LSI引腳)的電壓，通過電路分析判斷是否存在誤動(dòng)作。簡而言之，由電磁場分析負(fù)責(zé)輻射系統(tǒng)(在空氣中傳播信號(hào)的部分)，由電路分析負(fù)責(zé)傳導(dǎo)系統(tǒng)(在導(dǎo)線中傳輸信號(hào)的部分)。

電磁場分析(MoM法)的CAD數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果示例

車載蓄電池、線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、線束、DUT的描述示例

下面我按照順序來逐一講解。在試行計(jì)算中，分兩個(gè)階段進(jìn)行處理，第一階段的IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取(Extraction)和第二階段的預(yù)測計(jì)算(Prediction)分別使用shell腳本來自動(dòng)完成。第一階段IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取(Extraction)的計(jì)算步驟如下。

■第一階段：IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取(Extraction)

① 首先，根據(jù)上述計(jì)算對(duì)象制作計(jì)算電路圖，即直接連接測試電路使其成為計(jì)算電路的示意圖。電磁場分析的電路圖參考上圖即可。電路分析的電路圖與IEC 62132-4標(biāo)準(zhǔn)DPI法(第19篇)中使用的電路圖幾乎相同。

② 在這個(gè)試行計(jì)算中，希望將測試頻率范圍200MHz～1GHz、電場強(qiáng)度200V/m用作限值。由于Pass/Fail的判定就是測試結(jié)果，所以與第20篇 ISO 11452-4標(biāo)準(zhǔn)HE法(BCI 法)一樣，將Pass設(shè)置為200V/m，將Fail設(shè)置為100V/m，并將其用作預(yù)測計(jì)算所使用的實(shí)測值。將Pass/Fail的實(shí)測判定結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)值并用于計(jì)算。

③ 將②中創(chuàng)建的電場強(qiáng)度(所有測試頻率)作為電磁場分析的天線信號(hào)源(電場)施加，并計(jì)算在裝有DUT(測試對(duì)象)的印刷電路板(PCB)上感應(yīng)的電壓值。

④ 接下來，通過電路分析(瞬態(tài)分析，所有測試頻率)計(jì)算到達(dá)印刷電路板(PCB)上的DUT(LSI引腳)的電壓，并將其用作IB(誤動(dòng)作閾值)模型。如下圖所示，誤動(dòng)作的電壓閾值按一定周期波動(dòng)的線束特性在圖中得到了很好的體現(xiàn)。另外，在這個(gè)階段，需要計(jì)算出“電場強(qiáng)度與感應(yīng)電壓的相關(guān)系數(shù)”。這樣，根據(jù)實(shí)測值自動(dòng)生成計(jì)算機(jī)模型，將非常有助于“縮短計(jì)算時(shí)間”和“提高計(jì)算精度”。

IB(誤動(dòng)作閾值)模型的計(jì)算示例

第二階段的預(yù)測計(jì)算(Prediction)步驟如下：

■第二階段：IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取(Extraction)

⑤ 創(chuàng)建電路分析所用的預(yù)測計(jì)算用電路。與IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取電路之間的區(qū)別在于添加了誤動(dòng)作判定器(比較器)。通過誤動(dòng)作判定器(比較器)對(duì)到達(dá)LSI的電壓值和IB(誤動(dòng)作閾值)進(jìn)行比較。

⑥ 首先，將電壓噪聲信號(hào)源設(shè)置為衰減振動(dòng)波形并進(jìn)行電路分析(瞬態(tài)分析)，即可獲得比如LSI從誤動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦`動(dòng)作狀態(tài)的情況。在所有測試頻率重復(fù)該步驟。

⑦ 在衰減振動(dòng)波形中獲得發(fā)生誤動(dòng)作的電壓值，就可以根據(jù)之前計(jì)算出的“電場強(qiáng)度與感應(yīng)電壓的相關(guān)系數(shù)”計(jì)算出發(fā)生誤動(dòng)作的電場強(qiáng)度。這就是所要的預(yù)測計(jì)算值。通過使用相關(guān)系數(shù)，可以省略電磁場分析，從而可以縮短計(jì)算時(shí)間。

⑧ 左下圖為使用與EMC對(duì)策前的IB(誤動(dòng)作閾值)模型提取電路相同的電路進(jìn)行預(yù)測計(jì)算后的曲線圖。實(shí)測值與計(jì)算值高度一致!

⑨ 在EMC對(duì)策電路中，通過電路分析添加了電容元件C，以降低到達(dá)DUT(LSI引腳)的電壓噪聲。當(dāng)時(shí)的預(yù)測計(jì)算結(jié)果如右下圖所示。如果計(jì)算值達(dá)到200V/m以上，則表明該值應(yīng)該是符合標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測計(jì)算值。如果仔細(xì)觀察，可以看出在200MHz～220MHz附近需要再采取一些EMC措施，而更高頻段則無需EMC措施。

左：IB(誤動(dòng)作閾值)模型創(chuàng)建電路的預(yù)測計(jì)算示例

(實(shí)測值與計(jì)算值一致，黑色：實(shí)測值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)綠色：限值)

右：EMC對(duì)策電路(添加電容元件C時(shí))的預(yù)測計(jì)算示例

(黑色：實(shí)測值，紅色：計(jì)算值，藍(lán)綠色：限值)

如上所述，即使使用普通的電磁場分析工具和電路分析工具，通過將計(jì)算結(jié)果自動(dòng)保存為文本文件(ASCII)并通過(shell)腳本傳遞，就可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和驗(yàn)證自動(dòng)化。

感謝您閱讀本文。

審核編輯：湯梓紅