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(多图) 设计早期对EMC的考虑

Fred German?? FlomericsInc.?? 2005年02月16日 ?? 收藏0

LED和其他安装在机座上的元件固有的寄生波导。
  接头类型对EMC 的影响
  你可以使用简单而快速建立的机壳模型来进行接缝配置方面的设计折衷。图2对对接接头产生的辐射与重叠机壳接缝产生的辐射作出评估。通过比较相对的屏蔽水平,工程师就可以根据机壳的EMC预算和实现特定设计配置的成本来做出决定。仿真过程中增加内部元件仅仅对仿真时间产生很小的影响,所以设计师可以方便地在引起插槽谐振间耦合、谐振腔模式以及与内部结构的交互作用的真实环境下对接缝屏蔽效果进行评估。插槽泄漏的设计规则不适用于以上几个因素,会导致成本高昂的过设计和欠设计。

对接接头产生的辐射与重叠机壳接缝产生的辐射作出评估


具有圆孔或方孔的不同厚度通风板的屏蔽效果的计算结果

  

EMC仿真的典型应用是评估通风板的屏蔽效果。现在虽然有防止EMC泄漏的通风板设计规则,但EMC仿真能精确地预测比较特殊的结构,如具有大洞的背靠背通孔板、波导阵列等,并兼顾温度和成本约束条件。图3示出了具有圆孔或方孔的不同厚度通风板的屏蔽效果的计算结果。该图展示了这些通风板厚度(左)和孔形状(右)的屏蔽效果。
  散热器辐射的评估
  图4所示的EMC 仿真应用可确定一个散热器的电磁辐射。在这一简单模型中,一个就在该散热器下面的宽带信号源激励散热器,显示了散热器与其所连接的IC之间的电磁耦合作用。该图示出了三种配置的辐射功率谱。很明显,辐射电平与几何形状和频率有关。虽然较小的散热器接地可降低频段低频部分的辐射,但会使频段中频部分的辐射增大。

EMC 仿真应用可确定一个散热器的电磁辐射

  解决电缆耦合问题
  图5示出了用EMC仿真用来测定系统级电缆耦合的情况。EMC 仿真工具的几何结构由一个19英寸机架内的三个网络集线器组成。一条四线带状电缆将上下两个集线器中的印制电路板与中间集线器连接起来。中心集线器含有该模型中的唯一EMC信号源。EMC仿真工具计算出由中间集线器耦合到上部集线器印制电路板连接线的电流大小。耦合电流在600MHz和800 MHz两个频率点显示出两个强谐振。解决这类问题的一种常用方法是在受到影响的电缆上增强滤波功能,然后再借助仿真测定此影响。下边的曲线表明,增加一个低通滤波器可减小谐振频率上耦合电流的幅度,但却不能将其消除。这是一种“应急的”方法,因为它没有从根本上解决问题。

用EMC仿真用来测定系统级电缆耦合的情况

  EMC仿真可使电缆耦合应用的内在物理过程一目了然,找到问题的根源。在600MHz测定中央集线器内部的电场分布,便可确定电场热点,再由电场热点确定在电缆附近产生高电场的空腔谐振。用一块金属隔板把集成器隔离起来,就可有效抑制空腔谐振模式并消除耦合(图6)。

用一块金属隔板把集成器隔离起来

  您可用EMC仿真来确定和解决因温升而修改设计所引起的问题。建立在企业存储系统的控制器节点(基本上是奔腾双处理器计算机)模型上的这一技术就是一个例子。在将这一设计制作成硬件之后,就用一些热管代替原来标准的奔腾芯片散热器,这些热管的占用面积与散热器相同,但高度高一些,所用散热片是水平的,而不是垂直的。
  一个宽带仿真工具可计算出系统的电磁辐射(图7)。在这一实例中,工程师之所以对由系统中一个120MHz振荡信号引起的辐射进行隔离感兴趣,乃是因为测量结果表明存在一个问题。因此,在计算宽带响应之后,工程师在后处理中使用间接激励来提取对所需源信号的响应,从而产生图中的离散谐波。这一辐射在120MHz振荡频率的主谐波频率上增加约40dB。很显然,这样一种不会产生有害的热设计修改却会对系统EMC顺应性产生如此大而吓人的影响。
  发现问题根源后,您就可以探索经济实惠的解决方案。在本例中,将导热管顶部与机壳盖之间连接一根地线消除容性耦合路径,就是一种低成本的极好方法。具体的做法是,将一小块涂有导电胶的防电磁干扰垫片贴于热管顶部散热片上,这样与机壳顶盖接触就会挤压垫片,形成一根接地线。图8示出了电磁辐射图,其中包括热管接地后的结果。这种方法使得辐射与原来的情况实际上相同,从而在对辐射不产生负面影响的情况下改善了热性能。
  在设计过程中尽早采用EMC仿真,可在制造原型前研究和预测关键的EMC现象,从而在满足EMC要求和提高屏蔽效果两方面优化电子产品设计。与先制造原型,再从EMC角度优化产品的做法相比,现代仿真工具可使设计师评估更多的设计,达到前所未有的水平。此外,值得注意的是,你不可以孤立地进行EMC 设计,因为由于EMC原因而进行设计修改常常会影响其他设计问题,如热管理。因此,有意义的是,EMC 仿真工具可使设计师综合考虑EMC 和其他重要设计约束条件,以使系统总成本和系统性能最佳。
  参考文献
  1.?Li, K, et al, "FD-TD Analysis of Electromagnetic Radiation from Modules-on-Backplane Configurations," IEEE Transactions on EMC, August 1995.


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EMC? 仿真? 原型?

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