用于EMC分析的ESD發(fā)生器

精確、高效的發(fā)生器三維建模和網(wǎng)格劃分是ESD仿真的一個(gè)關(guān)鍵方面。CST STUDIO SUITE 2023版本新開發(fā)了靜電發(fā)生器的3D模型和電路模型，它可以模擬ESD靜電槍真實(shí)的工作過程。該ESD發(fā)生器模型通過CST Studio Suite 2023組件庫以模型庫的形式提供給客戶。在制造之前，可以通過模擬來虛擬評(píng)估ESD性能。這將節(jié)省大量的物理測(cè)試時(shí)間，并將有助于更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

在Component Library搜索ESD如下：

如何正確地模擬ESD發(fā)生器？

根據(jù)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)，定義了兩種ESD測(cè)試方法，第一種是接觸放電，其中ESD發(fā)生器的電極與被測(cè)設(shè)備(EUT)的導(dǎo)電部分直接接觸。另一種方法是空氣放電，其中ESD發(fā)生器的帶電電極被移動(dòng)到EUT附近，放電結(jié)果來自電極和EUT之間的電弧形成。

使用SIMULIA CST Studio Suite (CST) TLM求解器設(shè)計(jì)ESD發(fā)生器，可以模擬接觸放電和空氣放電的過程?？諝夥烹娔Ｐ偷男阅苤饕蕾囉诜蔷€性電弧模型，設(shè)計(jì)難度較大，CST軟件已經(jīng)把該非線性模型封裝成sipce模型，用戶可以采用CST場(chǎng)路協(xié)調(diào)的方法對(duì)非線性電弧進(jìn)行模擬。

ESD發(fā)生器的性能是根據(jù)IEC 62000-2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不同電壓等級(jí)的電流波形進(jìn)行驗(yàn)證的。從槍尖位置的電流波形來看，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

下面構(gòu)建了一個(gè)靜電槍波形較準(zhǔn)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，在金屬結(jié)構(gòu)件上有一個(gè)縫隙，靜電槍對(duì)金屬外殼放電。在金屬墻體內(nèi)部設(shè)置一個(gè)金屬環(huán)型天線作為ESD信號(hào)接收端。對(duì)比仿真和測(cè)試的電流波形，可以看出電流波形一致性非常好，特別是上升時(shí)間和峰值。

通過在3D里面添加場(chǎng)監(jiān)視器，可以對(duì)表面電流、場(chǎng)強(qiáng)等分布進(jìn)行可視化的展示，了解電場(chǎng)如何在EUT表面?zhèn)鞑サ那闆r。

手機(jī)產(chǎn)品ESD仿真案例

我們可以考慮手機(jī)上的ESD場(chǎng)景。當(dāng)我們觸摸手機(jī)時(shí)，人體在手機(jī)機(jī)身上的放電會(huì)對(duì)內(nèi)部IC造成損壞。如下案例可以通過ESD發(fā)生器模擬手機(jī)上的ESD測(cè)試。如果受擾信號(hào)的電流超過限值，在測(cè)試之前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)更改。

首先利用CST2023模型庫里的ESD靜電槍模型，創(chuàng)建3D測(cè)試場(chǎng)景。這里面包含了靜電槍、測(cè)試桌上的金屬板、接地cable、屏蔽室的接地銅板等。

完成ESD場(chǎng)路協(xié)同仿真后，可以在3D里面看到電場(chǎng)或磁場(chǎng)隨著時(shí)間的變化。

同樣，對(duì)于手機(jī)內(nèi)部的的精細(xì)結(jié)構(gòu)，包括PCB、軟板等組件，都可以看到表面電流的分布，這是判斷干擾路徑的重要方式之一。

回到電路里面，我們同樣可以監(jiān)控USB等關(guān)鍵信號(hào)線上的電壓和電流波形，這是我們判斷是否會(huì)造成傷害的重要依據(jù)。

總結(jié)

CST軟件設(shè)計(jì)了一種用于電子元件的EMC分析的ESD發(fā)生器模型。這些模型通過CST組件庫以及驗(yàn)證文檔提供給客戶。

新的工作流程鼓勵(lì)現(xiàn)有的CST用戶以虛擬驗(yàn)證的方式為他們的產(chǎn)品提供ESD設(shè)計(jì)指導(dǎo)。諸如蘋果、三星等公司將為電子行業(yè)的其他潛在客戶創(chuàng)造一個(gè)基準(zhǔn)。

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（內(nèi)容、圖片來源：CST仿真專家之路公眾號(hào)，侵刪）

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