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隨著汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化技術(shù)的不斷變革，車輛承載的功能也愈加復(fù)雜，智能汽車也迎來(lái)了從分布式向域集中式的過(guò)渡階段，大量ECU整合，減少了整車相應(yīng)的線束和空間布置的難度，避免了因眾多分散的運(yùn)算控制單元導(dǎo)致的算力浪費(fèi)。在實(shí)現(xiàn)架構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)，集成式控制器也帶來(lái)了更加嚴(yán)峻的輻射發(fā)射（RE）問(wèn)題，并且產(chǎn)品的輻射發(fā)射問(wèn)題已成為延滯產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的關(guān)鍵難題。

輻射發(fā)射簡(jiǎn)介

輻射發(fā)射（RE，Radiated Emission）指電子產(chǎn)品其內(nèi)部電路工作時(shí)向周圍空間發(fā)射的電磁波，電磁波通過(guò)空間作為傳播路徑而不是導(dǎo)線，目的是測(cè)試電子、電氣產(chǎn)品及其部件，包括來(lái)自外殼、電纜及連接線上的輻射發(fā)射強(qiáng)度，檢測(cè)其輻射發(fā)射是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以便產(chǎn)品工作時(shí)不影響同一環(huán)境中的其他設(shè)備。

現(xiàn)階段產(chǎn)品集成度高且測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛，RE失效率顯著提高。測(cè)試階段產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)、PCB布局與走線設(shè)計(jì)已定型，將導(dǎo)致整改措施受限且整改成本高。此外，常見(jiàn)多干擾源導(dǎo)致頻點(diǎn)超標(biāo)問(wèn)題極難定位源頭，測(cè)試排查周期長(zhǎng)、成本高。使用預(yù)測(cè)測(cè)試結(jié)果的輻射發(fā)射仿真方法，采用軟件模擬產(chǎn)品的輻射發(fā)射強(qiáng)度或快速定位干擾源，可提前預(yù)測(cè)產(chǎn)品輻射發(fā)射特性，并提供RE失效的整改思路與方案，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，有效降低成本，提高產(chǎn)品RE測(cè)試通過(guò)率。

輻射發(fā)射建模與仿真思路

輻射發(fā)射仿真可以在項(xiàng)目原理圖階段指導(dǎo)器件選型、layout階段指導(dǎo)走線與器件布局、機(jī)械上均衡發(fā)射發(fā)射與散熱設(shè)計(jì)，測(cè)試階段提供整改思路與解決方案。因此基于不同階段的RE仿真將有不同的仿真思路，簡(jiǎn)要分為以下四類：

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模塊級(jí)別的PCB板級(jí)輻射

模塊級(jí)別的RE仿真通?？紤]PCB關(guān)鍵模塊與PCB走線，將PCB導(dǎo)入仿真軟件，配置層疊結(jié)構(gòu)參數(shù)與器件模型，可分別進(jìn)行近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的板級(jí)輻射分析，通過(guò)場(chǎng)圖分析可以定位PCB板輻射發(fā)射強(qiáng)弱點(diǎn)；

圖1 板級(jí)電磁輻射圖

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制器級(jí)別的RE仿真

控制器級(jí)別的RE仿真考慮外殼機(jī)械結(jié)構(gòu)與PCB板的控制器系統(tǒng)，提取PCB走線參數(shù)，建立模型、激勵(lì)配置進(jìn)行仿真求解、近場(chǎng)分析輸出數(shù)據(jù)，導(dǎo)入外殼模型，配置近場(chǎng)數(shù)據(jù)。輸出產(chǎn)品帶外殼的控制器級(jí)別的輻射發(fā)射仿真曲線和場(chǎng)圖，可以清晰的定位系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品輻射發(fā)射的強(qiáng)弱位置，為產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)輻射發(fā)射整改與設(shè)計(jì)提出解決思路。

圖2 控制器級(jí)電磁輻射圖

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模塊級(jí)別的PCB板級(jí)輻射

在考慮控制器外殼的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮接插件互連與線束，進(jìn)行線束介入的RE仿真，輸出對(duì)應(yīng)DUT或線束中心1米遠(yuǎn)處的輻射發(fā)射結(jié)果。

圖3 RE仿真線束建模圖

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暗室測(cè)試環(huán)境與天線的系統(tǒng)級(jí)別的RE仿真

在考慮線束與控制器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)比不同暗室環(huán)境的等效模型，考慮測(cè)試環(huán)境建模后的系統(tǒng)級(jí)輻射發(fā)射仿真，并得到輻射發(fā)射的系統(tǒng)級(jí)別仿真結(jié)果。

圖4 三種暗室等效方案RE仿真結(jié)果曲線對(duì)比

聯(lián)合電子的輻射發(fā)射仿真實(shí)例1:

多干擾源RE失效仿真定位

隨著汽車電子控制器從分布式向集中式的變革，產(chǎn)品集合的干擾源也越來(lái)越多，眾多的干擾源也將導(dǎo)致倍頻點(diǎn)的重疊，僅通過(guò)測(cè)試手段難以定位，聯(lián)合電子采用輻射發(fā)射仿真將高效且低成本的定位某個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)干擾源所起的主次作用，并快速提供整改思路與解決方案。

多干擾源建模

圖5為8個(gè)干擾源組成的輻射發(fā)射仿真模型，通過(guò)提取走線S參數(shù)，搭建仿真建模，分別配置8個(gè)干擾源的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)路協(xié)同仿真。

SIwave提取走線S參數(shù)

SIwave Link Circuit建模

圖5 多干擾源建模與仿真

信號(hào)頻譜

圖6為8個(gè)干擾源配置等效模型與激勵(lì)后仿真求解所得的FFT變換的單干擾源的頻譜特性，由此定位關(guān)鍵頻點(diǎn)的多干擾源的貢獻(xiàn)作用；

圖6 多干擾源信號(hào)頻譜

RE仿真頻譜

圖7紅色曲線為8個(gè)干擾源共同作用下的產(chǎn)品對(duì)外RE的曲線結(jié)果，幅值高，但無(wú)法定位關(guān)鍵干擾源，結(jié)合圖6的各干擾源的獨(dú)立頻譜，藍(lán)色曲線是去掉干擾1和5的RE結(jié)果，對(duì)比紅藍(lán)曲線可知，在仿真頻段內(nèi)最低可降低30dB，由此定位干擾源1和5為主要干擾源。

圖7 關(guān)鍵信號(hào)的RE仿真頻譜

聯(lián)合電子的輻射發(fā)射仿真實(shí)例2:

控制器級(jí)RE仿真實(shí)例

汽車電子控制器產(chǎn)品有許多為金屬外殼，如：ECU（電子控制器）、高速VC（中央計(jì)算控制器）產(chǎn)品，金屬外殼控制器產(chǎn)品接地對(duì)產(chǎn)品的輻射發(fā)射有一定影響作用，由此，聯(lián)合電子考慮建立PCB與外殼的整體輻射發(fā)射模型，用于更貼合金屬外殼產(chǎn)品實(shí)際情況的輻射發(fā)射建模仿真。

輻射源建模仿真

本案例干擾源以DDR的時(shí)鐘信號(hào)為驅(qū)動(dòng)激勵(lì)，圖8（a）為PCB的仿真模型，圖8（b）是DDR的SI建模與時(shí)域仿真，圖8（c）為CA和DQ信號(hào)的眼圖仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

（a）Siwave DDRwizard建模

（b）Circuit建模

（c）CA和DQ的眼圖

圖8 DDR建模與仿真

帶金屬外殼的輻射發(fā)射仿真

基于DDR模塊的信號(hào)完整性仿真結(jié)果，場(chǎng)路協(xié)同進(jìn)行DDR的RE仿真，結(jié)合HFSS實(shí)現(xiàn)外殼介入，進(jìn)行產(chǎn)品輻射強(qiáng)弱點(diǎn)定位，實(shí)現(xiàn)外殼介入后產(chǎn)品對(duì)外輻射發(fā)射強(qiáng)度的可視化比對(duì)。圖10為帶外殼的DDR輻射發(fā)射頻譜與場(chǎng)強(qiáng)分布圖。通過(guò)控制器級(jí)別的輻射發(fā)射仿真，將有效指導(dǎo)產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品EMC性能優(yōu)化，為產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)與整改策略。

圖9 產(chǎn)品DDR的輻射發(fā)射仿真

小結(jié)

聯(lián)合電子在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，融入輻射發(fā)射仿真技術(shù)，有效提高產(chǎn)品在原理圖、layout設(shè)計(jì)、機(jī)械等多方面的RE正向設(shè)計(jì)能力，降低產(chǎn)品的RE測(cè)試失效風(fēng)險(xiǎn)，有利于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)源頭解決輻射發(fā)射問(wèn)題，減少因輻射發(fā)射問(wèn)題導(dǎo)致的產(chǎn)品測(cè)試多輪迭代和成本周期。

在產(chǎn)品的測(cè)試階段，聯(lián)合電子采用輻射發(fā)射仿真方法將實(shí)現(xiàn)超標(biāo)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)多干擾源時(shí)的主次快速定位，為產(chǎn)品通過(guò)輻射發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)提供整改思路與解決方案，幫助客戶縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低研發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速交付和迭代更新，提高研發(fā)效率，助力客戶敏捷響應(yīng)市場(chǎng)需求和變化。

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原文標(biāo)題：“仿真”不阿-淺析EMC仿真之RE仿真

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