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船舶电子设备为通过严苛的电磁兼容认证,需花费高昂的金钱和时间代价用于设备定型后的辐射超标频点整改及抑制。依托电磁兼容设计工具在设备定型前仿真预测设备的电磁兼容情况,不仅能缩短设计周期,达到“所设即所得”的期愿,同时也为后续复杂电磁抑制整改策略提供了低成本的验证思路。
本文以实际的人机交互界面HMI的主辐射超标源IM板为研究对象,从消减辐射发射源头入手,提出了由S参数传输线模型和芯片行为级IBIS模型组成的混合器件模型,并由此模型搭建了IM板的电磁场仿真模型,以信号完整性SI和电源完整性PI情况作为评价辐射发射性能的相关指标,通过IM板的近场分析提出了针对性的辐射发射抑制方案。本文主要研究内容如下:
(1)通过对仿真对象IM板的结构精简和信号时频分析,确定仿真的关键辐射链路环为IM板的PDN电源分配网络和晶振时钟网络。
(2)通过对混合器件模型中单传输线S参数模型和单IC器件IBIS行为级模型原理进行分析,从仿真需求确定了Sigrity仿真平台,研究了传输线中的差分微带线、跨层过孔等元素对S参数模型的影响,并对S参数模型级联方法及其有效性的进行了验证,同时以STM32F103主控芯片为对象对IBIS模型的建模方法和语法的有效性进行了分析。
(3)通过搭建的IM板混合器件模型平台,以信号完整性和电源完整性作为评价辐射发射性能的相关指标,在传输线层面研究了阻抗匹配、层间串扰和端接方式对辐射发射的影响规律,在电源网络层面研究了平面谐振和电源阻抗对辐射发射的影响规律。
(4)通过对IM板的辐射发射影响因素分析,以IM板的跨层长信号线和主控制芯片为对象展开近场EMI仿真,初步确定了IM板的主要辐射源。
(5)在辐射定源的情况下,根据去耦电容的抑制机理,通过对去耦电容回路电感仿真分析和去耦方案的预设计,确定去耦电容在IM板上的实际安装位置,并通过实际的辐射发射试验来验证抑制方案的有效性。
本文以实际的人机交互界面HMI的主辐射超标源IM板为研究对象,从消减辐射发射源头入手,提出了由S参数传输线模型和芯片行为级IBIS模型组成的混合器件模型,并由此模型搭建了IM板的电磁场仿真模型,以信号完整性SI和电源完整性PI情况作为评价辐射发射性能的相关指标,通过IM板的近场分析提出了针对性的辐射发射抑制方案。本文主要研究内容如下:
(1)通过对仿真对象IM板的结构精简和信号时频分析,确定仿真的关键辐射链路环为IM板的PDN电源分配网络和晶振时钟网络。
(2)通过对混合器件模型中单传输线S参数模型和单IC器件IBIS行为级模型原理进行分析,从仿真需求确定了Sigrity仿真平台,研究了传输线中的差分微带线、跨层过孔等元素对S参数模型的影响,并对S参数模型级联方法及其有效性的进行了验证,同时以STM32F103主控芯片为对象对IBIS模型的建模方法和语法的有效性进行了分析。
(3)通过搭建的IM板混合器件模型平台,以信号完整性和电源完整性作为评价辐射发射性能的相关指标,在传输线层面研究了阻抗匹配、层间串扰和端接方式对辐射发射的影响规律,在电源网络层面研究了平面谐振和电源阻抗对辐射发射的影响规律。
(4)通过对IM板的辐射发射影响因素分析,以IM板的跨层长信号线和主控制芯片为对象展开近场EMI仿真,初步确定了IM板的主要辐射源。
(5)在辐射定源的情况下,根据去耦电容的抑制机理,通过对去耦电容回路电感仿真分析和去耦方案的预设计,确定去耦电容在IM板上的实际安装位置,并通过实际的辐射发射试验来验证抑制方案的有效性。