PCB抗辐射敏感度RS仿真应用案例

1.摘要

电磁兼容（EMC），是指设备或系统在电磁环境中性能不降级的状态。电磁兼容一方面要求系统内没有严重的干扰源（EMI），另一方面要求设备或系统自身有较好的抗电磁干扰性（RS）。PCB作为电子系统的核心载体，我们除了关注它的对外辐射，也要考虑其中弱小关键信 的抗电磁干扰能力。

本案例讲解了如何利用Ansys SIwave进行PCB信 抗辐射敏感度RS仿真分析思路和流程。

2.仿真思路

PCB信 抗辐射敏感度RS仿真分析的第一步是对PCB进行精细化建模，Ansys电磁仿真平台支持业界主流EDA设计文件的一键导入， 表信息、层叠信息、布局布线都与EDA原始设计保持一致，无需重复设置，方便快捷。

有了信 传输通道的电磁场模型，通过理论分析，找到关键敏感弱信 ，对这些 络设置仿真端口，我们就可以开展关键敏感弱信 的RS仿真分析工作了。结果会以频谱图直观形式展现，从结果图中我们可以直接找到该 络布局布线通道易受干扰的频点。我们可通过优化PCB布局布线改善信 抗辐射能力， Ansys电磁仿真平台将通过直观的仿真结果对比，让我们找到优化方案，降低和规避RS风险，增强设计的鲁棒性。

3.详细仿真流程与结果

3.1软件与环境

Ansys SIwave 2021R2版本。

3.2仿真流程

3.2.1 Import PCB设计文件

首先，我们将第三方EDA设计工具中的PCB设计文件导出ODB++格式文件（主流EDA设计厂家如Cadence/Mentor/Altium通用），打开SIwave，在欢迎界面上点击导入ODB++设计文件，导入后会自动弹出 络筛选对话框，通常需要勾选所有 络进行导入操作，点击Import configuration，这时候PCB设计文件已导入。此时可以点击Save按钮将该设计保存成SIwave仿真文件。

图1 SIwave文件导入向导

3.2.2 PCB参数设置检查

在选择导入PCB之后，工作流向导将弹出如下向导框。我们可以检查PCB层叠、Pdastacks、电路参数和电源/地属性 络。如果电路 表中对GND和电源 络的命名都是很规范的话，点击Auto Identify可以自动识别为电源/地 络；否则需要自己手动添加命名不规则的电源地 络。

图2 SIwave中的PCB参数检查向导

3.2.3 设置仿真端口

（1）在Nets框中选择我们关注的易受干扰的敏感 络，选中后该 络会在工作区高亮显示。

图3 电磁敏感 络

（2）在Tools菜单中点击Generate Port on Selected Nets，在对话框中输入50欧姆，及参考 络为GND。点击Generate生成ports。

图4 SIwave中的 络端口设置

（3）在Simulation菜单中选择Validation Check进行检查，运行后会出现检查结果清单。

图5 仿真前SIwave设置检查

3.2.4 抗辐射敏感度RS仿真

在Simulation菜单点击Compute Induced Voltage进行电磁敏感度仿真，计算平面波入射某一特定角度并具有特定极化时在板上产生的感应电压。

利用平面波激励可以计算电路板端口感应电压。感应电压将在端口测量。入射波可以是单入射的，可以用球面或笛卡尔系统来描述；入射波也可以是多重的，其中只有在具有特定步长的起止角的球面系统中描述。

图6 RS仿真设置

3.2.5 PCB抗辐射敏感度RS仿真结果查看

仿真完成后，在Results区右键点击仿真名，选择Plot Induced Voltage at Ports，在弹出的菜单中可选择输出幅度或相位结果图，点击Create Plot按钮会自动启动AEDT输出结果图。

图7 SIwave中RS仿真结果查看

图8 感应电压幅度随频率变化的仿真结果图

4.结论

根据仿真得到的感应电压幅度及相位结果图，我们可分析易受干扰的频点及干扰程度。结合电路原理需求，可对该PCB设计进行优化，从而在PCB投板前即可对敏感电路 络进行RS评估和优化，大大减小后期测试风险和代价。