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技術專題
PCB設計中建模接收到的EMI
收到EMI時，會在電路中產生干擾，可以將其建模為系統中的電壓/電流源。您需要使用的信號源取決于系統接收的EMI類型。
連續來源
連續的EMI源包括從諧波源到調制源的所有內容。調制源將是寬帶的，并且將引起復雜的時間相關響應。瞬態分析在這里也很有用，因為它向您展示了電路如何響應外部EMI源中的時間變化。在這里，您不必擔心EMI源如何將信號耦合到電路中。這將部分取決于您的PCB布局。相反，您想了解電路如何響應窄帶和寬帶EMI。
例如，考慮一個以1 MHz（5 V幅度）運行的模擬電路，該電路從外部源接收1.2 MHz FM信號作為EMI。在下面顯示的示例中，接收到的EMI信號的載波頻率為1.2 MHz，調制頻率為200 kHz，調制指數為4。
下面顯示的瞬態分析結果說明了模擬電路的靈敏度-1 MHz信號最初顯示出輕微的瞬態響應，峰值幅度高達8V。接收到的FM信號的調制也被疊加在負載上看到的電壓上。此示例中存在明顯的干擾，該干擾將傳播到負載組件中。
運行于1 MHz的模擬電路的瞬態分析結果。來自1.2 MHz FM EMI信號的調制似乎疊加在所需的1 MHz信號之上
收集瞬態分析結果后，您可以使用傅立葉變換查看接收信號中的不同頻率分量如何在電路中傳播。以下結果顯示了從FM源接收到的EMI信號的傅立葉頻譜。如圖中的中央峰值所示，該電路設計為以1 MHz運行。時域負載上的電壓被轉換成頻域，得到下圖。
運行于1 MHz的電路的傅立葉頻譜，該電路接收1.2 MHz的FM EMI信號
這個簡單的例子應該說明使用EMI濾波器電路進行濾波的重要性，特別是對于模擬電路。這些濾波器電路可以由分立元件設計，并包含在您的PCB布局中。一個更優雅，更低成本的解決方案是使用接地過孔作為屏蔽。仔細規劃電路板的布局還可以通過利用疊層中的接地層來幫助抑制EMI。
脈沖源
顯然，可以在電路仿真中直接仿真雷擊之類的現象。但是，您可以對電路中感應的電壓進行建模，并評估您的過壓保護電路是否會產生低電流，如負載所見。任何具有低額定電流并且有故障風險的負載組件都應使用某些電壓抑制電路進行保護。
在原理圖中使用具有高峰值電壓的脈沖源將模擬系統中的強烈ESD事件。脈沖源可以放置在電路中的任何位置，以模擬放電事件的位置。然后，您可以使用直流掃描或高達kV的瞬態分析，并測量不同組件之間的電流，以模擬負載中感應的電流。參數瞬態分析在這里非常有用，因為它可以顯示ESD事件如何隨時間衰減。
下圖顯示了瞬態SPICE EMC仿真的結果，其中TVS二極管和電容器用于保護TVS二極管的阻性負載。模擬的ESD事件的電壓為1.5 kV，但TVS二極管和電容器使該脈沖的幅度降低至約250V。
ESD事件的SPICE EMC仿真結果
為了進一步分析，可以在參數掃描中掃描 ESD事件的幅度，以顯示瞬態響應在負載下如何變化。還可以將負載中的功率與其額定功率進行比較，以確定這種事件是否會導致負載故障。如下圖所示。由于SPICE仿真可以計算每個節點的電壓和電流，因此可以輕松計算負載組件中的功率并將其放置在圖中。從該圖可以看出，負載中消耗的功率約為5 kW，足以破壞大多數組件。
SPICE EMC仿真結果顯示了在ESD事件期間負載組件中的功耗
使用現場求解器進行真實的EMC仿真
對電路進行鑒定并準備好檢查PCB布局后，您將需要使用3D場求解器來模擬操作期間設備發出的輻射。這是EMC認證測試之前應采取的第一步，以確保您的布局不會在電路板上產生集中輻射。多物理場解算器或全波EM解算器將直接從您的布局構建模型，并在運行時計算從電路板發出的電磁場。
在以上兩個示例中，通過定義電路中感應的信號幅度來對接收到的EMI信號進行建模。更加現實的EMI仿真將定義信號源的強度，然后將從PCB布局中計算出受害電路中感應的EMI信號的幅度。這是3D場求解器的主要優點-您無需猜測電路接收到的電壓大小。