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Ansys 5G高頻應用

5G時代的EMC模擬挑戰─基礎篇(上)

迎接5G時代的到來,各產業皆面臨創新升級,無疑需要藉助5G推動產業發展。智慧生活場景,物聯網(IoT)、AI、自動駕駛、大數據運算等新興技術的蓬勃發展,讓電子裝置種類豐富多樣,且全頻段覆蓋。電磁環境急劇惡化,隨之帶來的挑戰就是要在如此複雜惡劣的電磁環境之下,設計出依然滿足電磁相容性EMC認證要求的高效能產品。因此EMC設計是當今複雜電子產品設計中極其重要的一環。

何謂EMC?
 
EMC 是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作,且不對環境中任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力,也就是我們常說的電磁相容性。該定義包含兩層含義,即該設備應具備一定的電磁抗擾能力(EMS),並且自身產生的電磁干擾不能對其他電子產品產生過大的影響,即電磁干擾能力(EMI)。這種能力,是整個電子系統內部及外部的表現,可以稱得上既要能做到安內,也要能做到攘外。各產業有其對應的EMC認證標準,如何通過相關電磁相容性認證幾乎是所有帶電產品需要面臨的問題。

通常我們理解一個EMC問題是從其關鍵三要素出發:干擾源、傳播路徑、受擾體。



對於傳統的測試來說,當在EMC實驗室或者暗室測試發現產品不滿足相應EMC認證要求時,或者發現電子系統中存在被干擾的受擾體時,想要解決這類問題,也是從這三要素去思考解決辦法:

降低干擾源強度──干擾源頭在哪裡?一般電子設備干擾源是時脈晶片,開關元件,高速晶片,電源,汽車機電電力系統中還有火星塞、馬達、電磁閥、繼電器等。我們思考的問題是有沒有辦法去降低這些干擾源的干擾強度?如果有,通常是降低驅動能力,降低開關頻率,降低功率等,以犧牲一定的電力效能來提升EMC相容性。

最佳化傳播路徑──雜訊的傳播路徑在哪裡?當降低雜訊源強度有難度或者不能很好地滿足EMC效能時,這時可以選擇從傳播路徑上改善設計,分析雜訊傳播路徑的位置,以及阻止雜訊傳播的方式,而通常傳播路徑主要分兩種:
  • 傳導路徑──如電源導線、訊號導線、接地系統、線纜、PCB走線、連接器等,這種途徑通常採用的是電路的濾波處理,將諧波雜訊去除。
  • 輻射路徑──主要是電路板的輻射、線纜的輻射、機殼縫隙的輻射、電磁場近場耦合等,通常採用屏蔽接地、貼吸波材料等。
  • 保護受擾體──發現被干擾的對象後,有時從電路層面上保護受擾對象,如濾波,箝位等,有時從空間電磁場層面保護受擾對象,如隔離、屏蔽接地等。
 
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