如何获取EMC措施状态下的CISPR25标准ALSE法的测量值

[导读]EMC分析方法与计算模型在电子设备设计和研发中具有重要意义，能够帮助工程师预测和解决潜在的电磁兼容性问题，从而提高产品的质量和可靠性。

‌EMC分析方法与计算模型主要包括以下内容：‌1‌核心分析方法和计算模型‌：

‌测试法‌：通过在特定环境下对设备进行电磁发射和抗扰度的实际测量，直观反映设备的EMC性能。但这种方法成本高且耗时。

‌仿真法‌：借助计算模型进行。常见的计算模型有‌电路模型，用于分析电路内部的电磁传导干扰;还有‌电磁场模型，能处理辐射干扰等复杂情况。基于‌有限元法等数值计算方法的模型，可将复杂的电磁环境离散化求解。

‌具体的计算模型‌：

‌‌电路理论模型‌：可用于简单电路的EMC分析，通过对电路中元件的电磁特性进行建模计算。

‌‌传输线模型‌：适用于分析电磁信号在导线中的传输特性，考虑到信号的反射、衰减等情况。

‌数值计算模型‌：如有限元法，能解决复杂结构的电磁问题，通过将求解区域离散化，得到电磁场的分布等。

‌EMC分析方法的应用‌：

在产品设计初期预测EMC问题，便于及时调整设计，从而减少后期整改成本，提高产品的电磁兼容性。

在电子设备研发中，这些分析方法和计算模型有着不可替代的作用，有助于保障电子设备的正常稳定运行。

此外，EMC分析方法还包括对电路布局的考量、合理安排信号线与电源线的走向、减少电磁干扰的耦合路径，以及进行接地设计优化等。

综上所述，EMC分析方法与计算模型在电子设备设计和研发中具有重要意义，能够帮助工程师预测和解决潜在的电磁兼容性问题，从而提高产品的质量和可靠性。

有人说过，世界上只有两种电子工程师：经历过电磁干扰的和没有经历过电磁干扰的。伴随着PCB信号频率的提升，电磁兼容设计是我们电子工程师不得不考虑的问题。面对一个设计，当进行一个产品和设计的EMC分析时，有以下5个重要属性需考虑：

关键器件尺寸：产生辐射的发射器件的物理尺寸。射频(RF)电流将会产生电磁场，该电磁场会通过机壳泄漏而脱离机壳。PCB上的走线长度作为传输路径对射频电流具有直接的影响。

阻抗匹配：源和接收器的阻抗，以及两者之间的传输阻抗。

干扰信号的时间特性：这个问题是连续(周期信号)事件，还是仅仅存在于特定操作周期(例如单次事件可能是某次按键操作或者上电干扰，周期性的磁盘驱动操作或网络突发传输)。

干扰信号的强度：源能量级别有多强，并且它产生有害干扰的潜力有多大。

干扰信号的频率特性：使用频谱仪进行波形观察，观察问题出现在频谱的哪个位置，便于找到问题的所在。

另外，一些低频电路的设计习惯需要注意。例如我惯用的单点接地对于低频应用是非常适合的，但是和公司大牛聊天，发现不适合于射频信号场合，因为射频信号场合存在更多的EMI问题。相信有些工程师会将单点接地应用到所有产品设计中，而没有认识到使用这种接地方法可能会产生更多或更复杂的电磁兼容问题。

我们还应该注意电路组件内的电流流向。由电路知识我们知道，电流从电压高的地方流向低的地方，并且电流总是通过一条或更多条路径在一个闭环电路中流动，因此有个很重要的规律：设计一个最小回路。针对那些测量到干扰电流的方向，通过修改PCB走线，使其不影响负载或敏感电路。那些要求从电源到负载的高阻抗路径的应用，必须考虑返回电流可以流过的所有可能的路径。

我们还需要注意PCB走线。导线或走线的阻抗包含电阻R和感抗，在高频时有阻抗，没有容抗。当走线频率高于100kHz以上时，导线或走线变成了电感。在音频以上工作的导线或走线可能成为射频天线。在EMC的规范中，不容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作(天线的设计长度等于某一特定频率的λ/4或λ/2)。如果不小心设计成那样，那么走线就变成了一根高效能的天线，这让后期的调试变得更加棘手。

CISPR是IEC的下属组织国际无线电干扰特别委员会(法语：Comité international spécial des perturbations radioélectriques)的缩写。ALSE法是“Absorber-Lined Shielded Enclosure”的缩写，是一种测量从DUT(测试对象：半导体集成电路(LSI))和线束等辐射出的电磁噪声的方法。

计算对象包括车载蓄电池(Battery)、人工电源网络(AN)、线束、DUT(测试对象)、接地层等。计算概念基于IEC 62433标准，支持数据同化(Data Assimilation)，支持降噪(Noise Reduction)。分析方法为电路分析、电磁场分析和数值分析。

接下来我按照顺序逐一讲解。在试行计算中，分两个阶段进行处理，优化(Optimization)和预测计算(Prediction)分别使用shell脚本来自动化处理。第一阶段的优化(Optimization)按照以下步骤进行计算：

① 针对半导体集成电路(LSI)的电源电流和负载电流，通过PWL(Piecewise Linear，分段线性)波形创建IA模型(电磁干扰模型)。这一步通过电路分析(瞬态分析)来获取数据。

② 由于使用数据同化技术，因此可以获取没有实施EMC措施状态下的CISPR25标准ALSE法的测量值。

③ 对①IA模型(PWL波形)和②测量值都进行降噪处理(上限包络处理)。这一步通过数值分析来获取数据。

④ 在SPICE电路网中描述车载蓄电池(Battery)和人工电源网络(AN)，将线束和接地层作为电磁场分析的计算对象，创建CAD数据。

⑤ 通过电磁场分析(MoM法：矩量法)来计算③和④，可以求得1个频率的辐射发射值(电场：dBµV/m)。

⑥ 到此为止只是计算值，因此通过计算与③中测量值之间的差异来校正计算值。

⑦ 对所需频率(例如开关频率的N次谐波)重复相同的计算，将各瞬态分析的结果创建为曲线图(频率轴)，并绘制限值(与AC分析结果格式相同)。然后，优化(Optimization)的计算结果显示出计算值与测量值几乎是完全一致的状态。

第二阶段的预测计算(Prediction)按照以下步骤进行计算：

⑧ 获取已实施EMC措施的半导体集成电路(LSI)的IA模型(PWL波形)。其目的是计算和预测在重新设计硅芯片或更改应用电路时电源电流和负载电流的变化等因素对减少辐射发射(RE)有怎样的效果。

⑨ 对这个⑧IA模型(PWL波形)进行降噪处理(上限包络处理)。