CST PCB电磁兼容解决方案

文章摘要：印制电路板（PCB：Printed Circuit Board）目前已广泛应用于电子产品中。随着电子技术的飞速发展，芯片的频率越来越高，PCB，特别是高速PCB面临着各种电磁兼容问题。传统的基于路的分析方法已经不能准确地描述PCB上各走线的传输特性，因此需要采用基于电磁场的分析方法充分考虑PCB上各分布式参数来分析PCB的电磁兼容问题。CST是目前全球最大的纯电磁场仿真软件公司。其产品广泛应用于通信、国防、自动化、电子和医疗设备等领域。2007年CST收购并绝对控股了德国Simlab公司，将其下整个团队和软件全面纳入CST的管理和软件开发计划之中，同时在原有PCBMod软件基础上开发全新算法和

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　　印制电路板（PCB：Printed Circuit Board）目前已广泛应用于电子产品中。随着电子技术的飞速发展，芯片的频率越来越高，PCB，特别是高速PCB面临着各种电磁兼容问题。传统的基于路的分析方法已经不能准确地描述PCB上各走线的传输特性，因此需要采用基于电磁场的分析方法充分考虑PCB上各分布式参数来分析PCB的电磁兼容问题。

　　CST是目前全球最大的纯电磁场仿真软件公司。其产品广泛应用于通信、国防、自动化、电子和医疗设备等领域。2007年CST收购并绝对控股了德国Simlab公司，将其下整个团队和软件全面纳入CST的管理和软件开发计划之中，同时在原有PCBMod软件基础上开发全新算法和功能，并更名为CST印制板工作室（CST PCB STUDIOTM）。通过把EMC仿真工作集成到整个产品的开发流程中去，可以帮助设计者大幅降低所设计产品通不过EMC测试的风险。这样既可以帮助设计者提升对电磁现象的理解同时还可以帮助设计者有效的判断哪种电磁设计可以提升产品的性能水平。

　　CST印制板工作室相比业内其他软件最大的优势就是，它不只能解决印制板自身的电磁兼容问题，如过孔导线器件之间EMC，基于CST设计环境（ CST DESIGN ENVIRONMENT?）其他工作室的协同仿真，CST印制板工作室还能解决印制板对外的电磁辐射和加载外部器件情况下的电磁兼容问题，如与CST微波工作室（CST MICROWAVE STUDIO?）协同仿真印制板加载在机箱中对周围器件和外部的电磁辐射，加载外部设备和上层建筑后的电磁兼容问题等等，工作室之间完全无缝连接，统一在CST设计环境下协同仿真，实现了印制板内外系统的电磁仿真。

　　目前PCB的电磁兼容性问题大致可以分为三类：信号完整性（SI）、电源完整性（PI）和电磁辐射（EMI）。

　　印制板信号完整性SI

　　对于印制板整板或某些网络走线间的网络传递函数是描述印制板上信号线信号完整性以及信号线间串扰度的定量表征。CST印制板工作室采用2D边界元法（BEM）和2.5D部分元等效电路（PEEC）提取PCB Layout的分布式参数，并采用基于SPICE模型的仿真器对印制板进行信号完整性仿真。图1所示的是一印制电路板上的两条走线。这两条走线物理上没有相连，当走线上传输信号频率比较低时，可以用基尔霍夫定律进行分析，即这两条走线是互不相关的。但是左边走线的2号端口与右边走线的3号端口间距比较近，当这两条走线上的信号频率不断上升时，它们之间分布式电容会导致原本不相连走线上的高频信号串扰到另一条走线上。

　　图1  PCB模型

　　CST印制板工作室采用的部分元等效电路是基于积分形式的Maxwell方程，对PCB结构网格化成很小的电气单元，用等效电路分别计算各单元间的耦合关系，从而生成等效电路矩阵，使电磁场的求解转化成相应的等值电路方程的求解，是一种有效的电路参数建模和参数提取方法。如图2所示的PEEC网格中，红色部分表示电阻和自感，蓝色部分表示的电容和互感。

　　图2  PCB网格

　　提取完模型参数后即可利用CST印制板工作室的S参量仿真器进行广义S参量的仿真。如图3所示：

　　图3  S参量结果

　　采用CST印制板工作室的时域瞬态仿真器，并结合软件自带的眼图输入信号，即可进行眼图的仿真。仿真得到走线另一端的接收信号以及邻近走线上的串扰信号。如图4所示：

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