CST培訓(xùn)-CST電磁仿真軟件培訓(xùn)-CST企業(yè)實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)

2016-12-28 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

培訓(xùn)要點(diǎn):CST電磁兼容培訓(xùn),CST天線,PCB仿真培訓(xùn),歡迎聯(lián)系仿真在線

CST MICROWAVE STUDIO 電磁仿真培訓(xùn)

CST是德國(guó)CST(Computer Simulation Technology)公司推出的高頻三維電磁場(chǎng)仿真軟件。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、無線通信(藍(lán)牙系統(tǒng))、信號(hào)集成和電磁兼容等領(lǐng)域。MICROWAVE STUDIO 使用簡(jiǎn)潔,能為用戶的高頻設(shè)計(jì)提供直觀的電磁特性。MICROWAVE STUDIO 除了主要的時(shí)域求解器模塊外,還為某些特殊應(yīng)用提供本征模及頻域求解器模塊。CAD文件的導(dǎo)入功能及SPICE參量的提取增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的可能性并縮短了設(shè)計(jì) 時(shí)間。另外,由于MICROWAVE STUDIO 的開放性體系結(jié)構(gòu)能為其它仿真軟件提供鏈接,使 MICROWAVE STUDIO 與其它設(shè)計(jì)環(huán)境相集成。

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CST PCB電磁兼容解決方案

電磁兼容仿真近年來被不斷地受到重視。本報(bào)告旨在全面介紹CST仿真軟件在廣闊的電磁兼容領(lǐng)域中的應(yīng)用,包括輻射發(fā)射、輻射靈敏度以及電磁環(huán)境效應(yīng)。為了展示仿真軟件的精度,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。

印制電路板(PCB:Printed Circuit Board)目前已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,芯片的頻率越來越高,PCB,特別是高速PCB面臨著各種電磁兼容問題。傳統(tǒng)的基于路的分析方法已經(jīng)不能準(zhǔn)確地描述PCB上各走線的傳輸特性,因此需要采用基于電磁場(chǎng)的分析方法充分考慮PCB上各分布式參數(shù)來分析PCB的電磁兼容問題。

CST是目前全球最大的純電磁場(chǎng)仿真軟件公司。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信、國(guó)防、自動(dòng)化、電子和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。2007年CST收購并絕對(duì)控股了德國(guó)Simlab公司,將其下整個(gè)團(tuán)隊(duì)和軟件全面納入CST的管理和軟件開發(fā)計(jì)劃之中,同時(shí)在原有PCBMod軟件基礎(chǔ)上開發(fā)全新算法和功能,并更名為CST印制電路板工作室(CST PCB STUDIOTM)。通過把EMC仿真工作集成到整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)流程中去,可以幫助PCB設(shè)計(jì)者大幅降低所PCB設(shè)計(jì)產(chǎn)品通不過EMC測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)。這樣既可以幫助PCB設(shè)計(jì)者提升對(duì)電磁現(xiàn)象的理解同時(shí)還可以幫助PCB設(shè)計(jì)者有效的判斷哪種電磁PCB設(shè)計(jì)可以提升產(chǎn)品的性能水平。

CST印制電路板工作室相比業(yè)內(nèi)其他軟件最大的優(yōu)勢(shì)就是,它不只能解決印制電路板自身的電磁兼容問題,如過孔導(dǎo)線器件之間EMC,基于CSTPCB設(shè)計(jì)環(huán)境( CST DESIGN ENVIRONMENT?)其他工作室的協(xié)同仿真,CST印制電路板工作室還能解決印制電路板對(duì)外的電磁輻射和加載外部器件情況下的電磁兼容問題,如與CST微波工作室(CST MICROWAVE STUDIO?)協(xié)同仿真印制電路板加載在機(jī)箱中對(duì)周圍器件和外部的電磁輻射,加載外部設(shè)備和上層建筑后的電磁兼容問題等等,工作室之間完全無縫連接,統(tǒng)一在CSTPCB設(shè)計(jì)環(huán)境下協(xié)同仿真,實(shí)現(xiàn)了印制電路板內(nèi)外系統(tǒng)的電磁仿真。

目前PCB的電磁兼容性問題大致可以分為三類:信號(hào)完整性(SI)、電源完整性(PI)和電磁輻射(EMI)。

印制電路板信號(hào)完整性SI

對(duì)于印制電路板整板或某些網(wǎng)絡(luò)走線間的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)是描述印制電路板上信號(hào)線信號(hào)完整性以及信號(hào)線間串?dāng)_度的定量表征。CST印制電路板工作室采用2D邊界元法(BEM)和2.5D部分元等效電路(PEEC)提取PCB Layout的分布式參數(shù),并采用基于SPICE模型的仿真器對(duì)印制電路板進(jìn)行信號(hào)完整性仿真。一印制電路板上的兩條走線。這兩條走線物理上沒有相連,當(dāng)走線上傳輸信號(hào)頻率比較低時(shí),可以用基爾霍夫定律進(jìn)行分析,即這兩條走線是互不相關(guān)的。但是左邊走線的2號(hào)端口與右邊走線的3號(hào)端口間距比較近,當(dāng)這兩條走線上的信號(hào)頻率不斷上升時(shí),它們之間分布式電容會(huì)導(dǎo)致原本不相連走線上的高頻信號(hào)串?dāng)_到另一條走線上。

CST印制電路板工作室采用的部分元等效電路是基于積分形式的Maxwell方程,對(duì)PCB結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化成很小的電氣單元,用等效電路分別計(jì)算各單元間的耦合關(guān)系,從而生成等效電路矩陣,使電磁場(chǎng)的求解轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的等值電路方程的求解,是一種有效的電路參數(shù)建模和參數(shù)提取方法。如圖2所示的PEEC網(wǎng)格中,紅色部分表示電阻和自感,藍(lán)色部分表示的電容和互感。

提取完模型參數(shù)后即可利用CST印制電路板工作室的S參量仿真器進(jìn)行廣義S參量的仿真。

采用CST印制電路板工作室的時(shí)域瞬態(tài)仿真器,并結(jié)合軟件自帶的眼圖輸入信號(hào),即可進(jìn)行眼圖的仿真。仿真得到走線另一端的接收信號(hào)以及鄰近走線上的串?dāng)_信號(hào)。

除了CST印制電路板工作室,CST微波工作室也可以進(jìn)行印制電路板的信號(hào)完整性分析。CST微波工作室是通用的高頻無源仿真軟件,集時(shí)域和頻域算法為一體包含七種全波算法:時(shí)域有限積分、頻域有限積分、頻域有限元、模式降階法、矩量法、多層快速多極子和本征模法。CST仿真IBM復(fù)雜PCB并進(jìn)行信號(hào)完整性分析的*,仿真得到的電壓延時(shí)與實(shí)測(cè)只差0.002ns。

印制電路板的電源完整性PI

實(shí)際情況下電源回路的阻抗不是恒定的,而是頻率的某一函數(shù)。CST印制電路板工作室可以仿真由于印制電路板間各分布式參數(shù)導(dǎo)致的電源回路阻抗在各頻帶上特性,并可以幫助PCB設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)高阻頻段,通過改變布線或添加旁路電容等方法改善印制電路板的電源完整性。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中,為了保證電源完整性,通常對(duì)電源回路的阻抗特性有一定要求。為一印制電路板的數(shù)字電源部分。對(duì)于該印制電路板,工程上對(duì)輸入阻抗的要求。

用CST印制電路板工作室對(duì)該P(yáng)CB生成網(wǎng)格后,建立電路以仿真裸板情況下的輸入阻抗特性。該電路中在原本加電容的位置用100MΩ代替以模擬開路情況下的阻抗。

裸板情況下的輸入阻抗的特性曲線在低頻時(shí)不滿足輸入阻抗的特性要求,在高頻時(shí)也有部分頻段超標(biāo)。要改善輸入阻抗的話可以考慮添加旁路電容,在仿真電路的電容位置加上容值為10nF的電容,同時(shí)為了更加準(zhǔn)確地模型實(shí)際的電容的特性,需要考慮電容自身的寄生電感和電阻。這里,將電容的寄生電感值設(shè)為1nH,電阻值設(shè)為0.01Ω。

輸入阻抗特性曲線可以看出:在加入旁路電容之后,在低頻段,電源的輸入阻抗特性已經(jīng)有了很大的改善,但是在高頻時(shí)仍有一些頻段超標(biāo)。從阻抗特性上可以看到在高頻段,阻抗已經(jīng)呈現(xiàn)電感的特性,因此高頻段的超標(biāo)極有可能是由于電容的寄生電感的造成的。為此可以考慮選用質(zhì)量更好的電容。這里,選用的電容的寄生電感為25pH。

輸入阻抗特性曲線中可以看到:選用寄生電感比較小的電容可以有效地抑制輸入阻抗的高頻段特性。從而保證在所要求的頻段上輸入阻抗均滿足要求。

隨著當(dāng)今集成電路對(duì)供電穩(wěn)定性的要求,印制電路板PCB設(shè)計(jì)工程師需要關(guān)注于低電壓、低翻轉(zhuǎn)門限與大電流、多層長(zhǎng)線供電所造成的壓降。利用CST電磁工作室的穩(wěn)恒電流求解器可以仿真整個(gè)PCB的電壓分布。

印制電路板電磁輻射EMI

對(duì)于電子產(chǎn)品的電磁輻射,國(guó)際電工委(IEC:International Electrotechnical Commission)制定了強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。通常,印制電路板都只是系統(tǒng)中的一部分,在進(jìn)行電磁輻射分析的時(shí)候除了要考慮印制電路板本身的輻射問題外,還需要考慮系統(tǒng)中其它設(shè)備對(duì)對(duì)電磁輻射的影響,尤其是帶有通風(fēng)孔機(jī)箱的屏蔽效能。CST印制電路板工作室在進(jìn)行SI仿真的同時(shí),可以得到印制電路板上電流分布的幅度和相位信息,并通過與CST微波工作室的協(xié)同將該電流分布作為激勵(lì)源,然后再加上機(jī)箱,充分考慮孔、縫對(duì)電磁輻射的影響。仿真的結(jié)果自動(dòng)與內(nèi)嵌的EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比。

因此利用CST仿真軟件,根據(jù)不同的電磁兼容問題,選擇合適的工作室和求解算法,可以有效地對(duì)印制電路板的電磁兼容問題進(jìn)行分析。同時(shí)利用軟件強(qiáng)大的圖像顯示功能,直觀地反映電磁場(chǎng)的空間分布,從而幫助印制電路板工程師準(zhǔn)確定位可能存在電磁兼容問題的區(qū)域,在產(chǎn)品的研發(fā)階段及早發(fā)現(xiàn)并解決電磁兼容問題。