如何使用EMS for Solidworks提取PCB結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)

介紹

EMI 或電磁干擾是來自設(shè)備或系統(tǒng)的不良電磁噪聲，會(huì)干擾相鄰設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行。EMI建模和預(yù)測(cè)的基本過程需要提取PCB和電路元件的寄生參數(shù)以建立高頻電路模型。

寄生參數(shù)

在 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA） 中，寄生參數(shù)提取是對(duì)設(shè)計(jì)器件和 電子電路所需布線互連 中 的寄生效應(yīng)的計(jì)算： 寄生電容、 寄生電阻和 寄生電感。在本文中，我們說明了如何使用 EMS 來計(jì)算這些電路參數(shù)，并將結(jié)果與已發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

PCB結(jié)構(gòu)建模

圖 1 所示的 PCB 結(jié)構(gòu)在 4 盎司 FR4 PCB 方板上包含兩條銅跡線和 5 密耳厚的銅接地。下面給出了仿真中使用的一些參數(shù)，其中所有尺寸均以密耳為單位。 銅的電導(dǎo)率 = 5.8 10 7 S/m FR4 的相對(duì)介電常數(shù) = 4.4

圖 1 - 用于仿真的 PCB 結(jié)構(gòu)，所有尺寸均以密耳為單位

電容計(jì)算

為了計(jì)算 PCB 結(jié)構(gòu)的寄生電容，如圖 1 所示，調(diào)用靜電模塊。圖 2 顯示了 PCB 結(jié)構(gòu)的模型和網(wǎng)格。

圖 2 - PCB 結(jié)構(gòu)的模型和網(wǎng)格

三個(gè)浮動(dòng)導(dǎo)體

為了考慮給定導(dǎo)體的電容，在 EMS 中為其分配了一個(gè)浮動(dòng)邊界條件，包括接地層。因此，這種 PCB 結(jié)構(gòu)具有三個(gè)浮動(dòng)導(dǎo)體，即左右走線以及接地層。EMS 電容結(jié)果和參考文獻(xiàn) ［1］ 的結(jié)果如圖 3 和表 1 所示。

圖 3 - EMS 計(jì)算的寄生電容

直流電感和直流電阻計(jì)算

為了計(jì)算 PCB 結(jié)構(gòu)的直流電阻和電感，如圖 1 所示，調(diào)用了 EMS 靜磁模塊。為了計(jì)算銅跡線的直流電感和直流電阻，將它們建模為線圈。通過 EMS 獲得的直流電感和直流電阻結(jié)果并與參考文獻(xiàn) ［1］ 進(jìn)行比較，如下所示：

圖 4 - EMS 計(jì)算的直流電阻

圖 5 -由 EMS 計(jì)算的直流電感

交流電感和交流電阻計(jì)算

除了直流電感和電阻計(jì)算之外，EMS 還配備了交流磁和渦流功能，用于計(jì)算手頭 PCB 結(jié)構(gòu)在以下頻率下的交流電阻和交流回路電感：1Khz、2Khz、5Khz、10 KHz、 20 KHz、50 KHz、100 KHz、200 KHz、500 KHz、1 Mhz。

縮小模型

由于導(dǎo)電區(qū)域的場(chǎng)集膚深度很小，即 1e-005 到 1e-004 毫米的數(shù)量級(jí)，因此需要重要的計(jì)算機(jī)資源，包括 CPU 和 RAM。因此，僅對(duì)模型的 1/20 進(jìn)行了仿真，如圖 6 所示。反過來，通過簡(jiǎn)化模型獲得的電感和電阻乘以 20 以恢復(fù)完整的模型結(jié)果。

圖 6 -結(jié)構(gòu)的 1/20 為交流磁分析建模

與上述靜磁分析類似，兩條跡線被建模為線圈。為了在交流電阻計(jì)算中考慮趨膚深度，將線圈建模為實(shí)體，即繞制線圈不支持渦流。圖 7 顯示了 EMS 計(jì)算的 1 KHz 至 1 MHz 頻率范圍內(nèi)的交流電阻，并與參考文獻(xiàn) ［1］ 進(jìn)行了比較。而圖 8 顯示了相同頻率范圍的交流電感結(jié)果和比較。

圖 7 -由 EMS 計(jì)算的交流電阻并與參考 ［1］ 進(jìn)行比較

圖 8 -由 EMS 計(jì)算并與參考 ［1］ 比較的交流電感

結(jié)論

顯然，EMS 與 PCB 結(jié)構(gòu)的電容、AC 和 DC 電感和電阻已發(fā)表的結(jié)果 ［1］ 相比較。因此，EMS 可以很容易地用于輕松快速地提取 PCB 和電子結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)，進(jìn)而可以用于構(gòu)建高頻電路模型。