為什么要做電磁兼容性仿真？      

隨著產(chǎn)品復(fù)雜性和密集度的提高以及設(shè)計(jì)周期的不斷縮短，在設(shè)計(jì)周期的后期解決電磁兼容性（EMC）問題變得越來越不切合實(shí)際。在較高的頻率下，你通常用來計(jì)算EMC的經(jīng)驗(yàn)法則不再適用，而且你還可能容易誤用這些經(jīng)驗(yàn)法則。結(jié)果，70%～90%的新設(shè)計(jì)都沒有通過第一次EMC測試，從而使后期重設(shè)計(jì)成本很高，如果制造商延誤產(chǎn)品發(fā)貨日期，損失的銷售費(fèi)用就更大。為了以低得多的成本確定并解決問題，設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮在設(shè)計(jì)過程中及早采用協(xié)作式的、基于概念分析的EMC仿真。

CST電磁兼容性仿真

小編一直認(rèn)為電磁兼容性仿真是一個(gè)多物理多學(xué)科的仿真科目，除非有一個(gè)分工明確，各有所長的大的團(tuán)隊(duì)去做，否則憑一己之力或者一兩個(gè)人來做，真的對仿真人員的全面性和個(gè)人能力是一個(gè)很大的考驗(yàn)，需要建立的能力和掌握的知識真的不少，下面小編就給大家掰一掰做電磁兼容性仿真需要建立哪些能力和掌握哪些知識。

只是小編一家之言，如果有講得不好的或者不對的地方歡迎指出來。

小編會從機(jī)械設(shè)計(jì)和材料，電路和PCB設(shè)計(jì)，電磁學(xué)，天線設(shè)計(jì)，信號處理，編程二次開發(fā)等這幾個(gè)方面展開來說。

一，建立3D模型設(shè)計(jì)的能力。類似于機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。這是一個(gè)非常繁瑣和枯燥的工作。不是把東西畫出來畫的漂亮就好了，需要注意幾點(diǎn)：

（1）3D模型要畫得簡潔而精準(zhǔn)匹配。簡潔是為了容易剖分網(wǎng)格，減少微波工作室的計(jì)算量，精準(zhǔn)匹配是指的關(guān)鍵部分模型要畫出來，不重要的可以省略。這也是為了減少不必要的計(jì)算。

（2）分析各個(gè)模塊模型的連接，判斷出共模路徑和差模路徑。

（3）需要注意不能把導(dǎo)體結(jié)構(gòu)畫了短路和斷路。畫短路和斷路是很難查找到的，只能通過灌電流的方式通過簡單的歐姆定理計(jì)算去查找。

（4）熟悉材料的參數(shù)和特性，把材料參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確，比如介電常數(shù)，導(dǎo)電系數(shù)，磁導(dǎo)率等等。

二，電路設(shè)計(jì)的能力。這是硬件工程師的優(yōu)勢，沒有做過硬件工程師的還需要學(xué)習(xí)下模電數(shù)電，電路設(shè)計(jì)原理和熟悉元器件特性和原理。

（1）我們都知道電磁兼容性問題都是由電路中電壓和電流突變引起的，這些突變大都是由開關(guān)功率器件造成的，所以我們仿真的時(shí)候得把這些開關(guān)電路設(shè)計(jì)出來，比如，buck電路，boost電路，H橋和三相橋電路等。

（2）對于PCB，我們要掌握PCB的一些知識，比如疊層結(jié)構(gòu)，阻抗匹配，介質(zhì)層FR4的介電常數(shù)，信號完整性和電源完整性的知識等等。另外分析電流走向也是至關(guān)重要，學(xué)會分析PCB上的最小電阻路徑和最小阻抗路徑。還有PCB的接地，電源負(fù)極，共模地，機(jī)殼地，大地。

（3）電子元器件模型搜尋和建立。這也是個(gè)苦差事，需要登錄各個(gè)半導(dǎo)體廠商官網(wǎng)去尋找電子元器件的Spice模型，IBIS模型或者S參數(shù)模型，沒有模型的還需要去找跟它參數(shù)相近的代替。像IGBT還需要自己去畫3D模型，然后導(dǎo)入spice模型。

三，掌握和理解電磁學(xué)的知識。主要應(yīng)用在仿真中通過場監(jiān)視器對某些頻點(diǎn)的電場，磁場和表面電流進(jìn)行分析對比。另外磁性材料的設(shè)計(jì)原理和計(jì)算，包括共模扼流圈和差模電感這些無源濾波器的設(shè)計(jì)。電流法和BCI的電流探頭的設(shè)計(jì)和理論計(jì)算。熟悉掌握并在計(jì)算中應(yīng)用麥克斯韋方程組，畢奧-薩伐爾定理，debye模型和色散模型的計(jì)算等等。

四，天線設(shè)計(jì)的能力，像EMI輻射發(fā)射的天線設(shè)計(jì)，這塊目前也是小編的技術(shù)薄弱項(xiàng)，小編也只是解鎖了雙錐天線，而且做的一般般，希望各位能力出眾的小伙伴能幫忙把另外三個(gè)天線設(shè)計(jì)：單桿天線（注意是有源天線），對數(shù)周期天線，喇叭天線仿真出來。

五，信號處理的能力，包括精通傅里葉變換和逆變換。

為什么要會傅里葉逆變換？因?yàn)槟阌檬静ㄆ鲗?shí)測的時(shí)域信號保存起來數(shù)據(jù)量太大了，導(dǎo)入CST容易把程序卡死。可以把它先傅里葉變換轉(zhuǎn)成頻域?qū)С鰜頂?shù)據(jù)量就小很多，再用傅里葉逆變換還原。有同學(xué)說那我把示波器采樣頻率設(shè)小點(diǎn)，采樣點(diǎn)數(shù)少一點(diǎn)數(shù)據(jù)不就小了。對不起，如果不滿足奈奎斯特定理，也就是示波器采樣頻率至少是你信號頻譜的最大頻率的2倍，否則導(dǎo)出來的時(shí)域信號在頻域上最大頻率會變小，高次諧波會濾掉。信號會失真這樣方波會變成像正弦波。

另外，頻譜的分析和處理。窗函數(shù)的原理和應(yīng)用。FIR濾波器的設(shè)計(jì)和計(jì)算。理解奈奎斯特定理。

六、編程和二次開發(fā)。不多說，一定要做CST不能做的事，實(shí)現(xiàn)CST沒有的功能。不但可以大大提高仿真效率，而且絕對是對自己個(gè)人能力的提升。

七，吃苦耐勞的能力。仿真是一個(gè)枯燥的工作，分析考量，建模修模，仿真比對，迭代修改，然后有可能還需要重復(fù)幾遍，另外需要編程實(shí)現(xiàn)一些功能的時(shí)候，需要特別的卷，當(dāng)時(shí)我為了編寫出EMI接收機(jī)的腳本，看了很多論文，跟周明老師經(jīng)過了無數(shù)次的思想碰撞。也熬了一個(gè)月的大夜，每天碼代碼到凌晨兩三點(diǎn)。

八，溝通的能力。電磁兼容性仿真是一個(gè)匯百川而入海的過程。一個(gè)人的資源，能力和精力是有限的，做仿真需要跟各個(gè)部門建立很好的溝通聯(lián)系，需要各個(gè)部門的支持。比如，結(jié)構(gòu)部門的3D模型和材料參數(shù)，硬件部門的layout和電路圖，電機(jī)部門的電機(jī)參數(shù)和模型，系統(tǒng)部門的控制算法和控制策略等。

有很多小伙伴都問我從學(xué)習(xí)CST到真正能做系統(tǒng)級別電磁兼容性仿真要多長時(shí)間。小編其實(shí)也不大好回答，這取決于你的悟性和理解能力，學(xué)習(xí)能力，你的知識面以及有沒有一個(gè)好的老師。

但是現(xiàn)在玩CST的小伙伴肯定比小編那時(shí)候條件好多了，現(xiàn)在CST官方公眾號有那么多的學(xué)習(xí)資料可供學(xué)習(xí)和參考。

小編剛學(xué)CST的時(shí)候是一窮二白，跟周明老師一起一點(diǎn)一點(diǎn)的琢磨，那時(shí)候，CST也沒有SVPWM算法和模擬EMI接收機(jī)的功能，甚至連VB里面應(yīng)用加窗函數(shù)的庫函數(shù)都沒有，我們還是使用窗函數(shù)公式以及for循環(huán)去實(shí)現(xiàn)的加窗功能。我們也是在千難萬難中通過學(xué)習(xí)和努力去完成了一個(gè)比較成功的仿真項(xiàng)目。

現(xiàn)在我們不但有模擬EMI接收機(jī)的腳本程序，還實(shí)現(xiàn)了直流無刷電機(jī)的SVPWM七段式和五段式算法，有刷電機(jī)的控制算法，電機(jī)仿真參數(shù)的自動計(jì)算腳本以及輻射發(fā)射電場通過天線系數(shù)得到場強(qiáng)的程序等等。

（內(nèi)容、圖片來源：CST電磁仿真兼容，侵刪）

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