PCB电磁兼容仿真分析及预测

编号：毕业设计(论文)说明书课题：PCB电磁兼容仿真分析及预测院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师单位：姓名：职称：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发摘要随着电子整机产品朝着集成化、小型化、轻型化的方向发展，PCB印制线的布线密度急剧增加；另外，电子信号的传输频率越来越高，导致PCB线与线、层与层之间的电磁耦合作用大大增强，不合理的布局会造成各种电磁干扰加剧。因此如何对PCB进行合理布局，提高其电磁可靠性尤为重要。而解决PCB布线的EMC问题最有效的方法就是对其进行电磁兼容预测，通过预测调整不合理的布局布线，把产品的电磁兼容问题解决在产品定型之前，可以节约大量的时间和金钱，也是加强电子整机可靠性，提高产品竞争力的必要环节。本文以通信整机某开关电源PCB作为研究对象，进行了PCB电磁场仿真分析及预测的研究，具体实现方法是采用多种商用软件相结合进行分析。主要工作包括：首先分析了通信整机开关电源的电磁干扰特性，采用ProtelDXP对该电路的印制电路板进行了布局布线，得到了该通信整机开关电源在多种布线布局下的物理模型。其次，针对以往PCB的电磁干扰分析大都是从路的方法来解决的，本文从场的角度，基于PCB板级电磁干扰机理，建立了PCB的电磁场分析模型，得到了PCB的电磁场分布，可根据其结果对PCB上元件布局进行指导；还针对布局对PCB电磁干扰的影响，对不同元件布局下的电磁分布进行了分析。通过对通信整机某开关电源PCB电磁场的仿真，得到该PCB近场电磁场的分布情况,从而可有效对PCB上器件布局进行合理指导。同时，本文所采用的仿真方法对其他电子产品PCB的电磁兼容仿真分析具有一定的借鉴意义。关键词：印制电路板；电磁兼容；仿真；分析AbstractAstheelectronicequipmentisdevelopingtointegration,miniaturization,Lightweight,thedensityofroutinginPCBwirehaveincreasedquickly.Moreover,asthefrequencyofcircuitsbecomeshigherandhigher,theelectromagneticcouplingbetweenthelinesandbetweenthelayersofPCBhasbeengreatlyenhanced,unreasonablelayoutwillcausevariouselectromagneticinterferenceintensified.SotherationalPCBlayouttoimproveitsreliabilityisparticularlyimportant.AndthemosteffectivesolutionofsolvingPCBEMCproblemismakingelectromagneticcompatibilityforecast,bytheforecast，unreasonablelayoutofthewiringcouldbeadjusted.ThepredictingofEMCmaysolvetheEMCproblembeforetheproductsbeingmade,itmaysaveamassoftimeandmoney,anditisanimportantwaycouldbeusedtoimprovethereliabilityofelectronicequipmentandtheabilityofcompetition.ThispaperistakeacommunicationsunitswitchingpowerPCBasthestudyobject,thePCBelectromagneticsimulationanalysisandforecastarecarriedout.Avarietyofbusinessintegrationsoftwareisusedtoachievetheanalysisandforecast.Themainworksinclude:First,thecharacterofelectromagneticcompatibilityofthecircuitisanalyzed.ProtelDXPisusedonthecircuitprintedcircuitboardlayoutandthewiring,andthecircuitwiringlayoutinavarietyofmodelsweregotten.Secondly,asthepastelectromagneticinterfereanalysisofPCBwascarriedoutfromcircuitmethodfinally;inthispaper,basedonthetheoryofelectromagneticinterfereforthePCB,theelectromagneticanalyzingmodelofthePCBwasbuilt.TheelectromagneticdistributionofthewholePCBwasobtained,whichhassignificanceguidancetocomponentslayoutonPCB.Andtheelectromagneticdistributionunderdifferentlayoutsofcomponentwasalsoanalyzed.BythesimulationoftheswitchingpowerPCBofthecommunicationsunit,thedistributionofelectromagneticnear-fieldweregotten，thuseffectivelyreasonableguidancewasgivenonthePCBlayout.And,thispaperusedinthesimulationofotherelectronicproductsPCBEMCsimulationanalysiswithareference.Keywords：PrintedCircuitBoard;Electromagneticcompatibility;Simulation;Analysis目录引言…………………………………………………………………………11绪论…………………………………………………………………………11.1课题背景及研究目的和意义……………………………………………………………11.2国内外研究动态…………………………………………………………………………21.2.1国外研究动态…………………………………………………………………………21.2.2国内研究动态…………………………………………………………………………31.3本论文的主要研究工作…………………………………………………………………31.4本论文的结构安排………………………………………………………………………32电磁兼容预测基本理论……………………………………………………42.1电磁干扰基本概念………………………………………………………………………42.2电磁兼容预测定义………………………………………………………………………42.3电磁兼容预测分类………………………………………………………………………42.3.1传导骚扰………………………………………………………………………………52.3.2辐射骚扰………………………………………………………………………………52.3.3感应骚扰………………………………………………………………………………52.4电磁兼容预测内容………………………………………………………………………52.5电磁兼容预测的意义……………………………………………………………………52.6电磁干扰预测中的主要算法……………………………………………………………62.6.1场的方法………………………………………………………………………………62.6.2路的方法………………………………………………………………………………92.6.3场路结合……………………………………………………………………………102.7本章内容小结…………………………………………………………………………103通信整机中某开关电源电磁干扰机理………………………………113.1开关电源EMI及其特点………………………………………………………………113.1.1开关电源EMI介绍……………………………………………………………………113.1.2开关电源EMI特点……………………………………………………………………113.2开关电源电磁干扰机理分析…………………………………………………………113.2.1电磁干扰的三要素……………………………………………………………………113.2.2通信整机开关电源电磁干扰分析……………………………………………………123.3抑制PCB干扰主要技术………………………………………………………………133.4本章内容小结…………………………………………………………………………134基于ProtelDXP的PCB物理模型建立…………………………………144.1设计软件介绍…………………………………………………………………………144.2PCB基本参数设计………………………………………………………………………144.2.1叠层的设计……………………………………………………………………………154.2.2印制电路板的外形尺寸………………………………………………………………154.2.3印制电路板基板的选择………………………………………………………………154.3印制电路板设计………………………………………………………………………164.3.1建模……………………………………………………………………………………164.3.2布局……………………………………………………………………………………174.3.3布线和规则检查………………………………………………………………………174.3.4布线分析………………………………………………………………………………204.4本章内容小节…………………………………………………………………………205基于AnsoftDesigner的PCB电磁场仿真分析………………………215.1有限元电磁场分析软件AnsoftDesigner简介………………………………………215.2PCB电磁场仿真分析流程………………………………………………………………215.3电源PCB电磁场仿真分析……………………………………………………………225.3.1前期准备………………………………………………………………………………225.3.2在AnsoftDesigner中生成用于仿真的实体模型…………………………………225.3.3设定解析条件…………………………………………………………………………255.3.4基板电磁场近场仿真结果……………………………………………………………255.3.5结果分析………………………………………………………………………………315.4不同元件布局下的PCB电磁场仿真分析……………………………………………315.5本章内容小结…………………………………………………………………………336结论………………………………………………………………………34谢辞……………………………………………………………………………35参考文献………………………………………………………………………36桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸第1页共36页引言科技的发展使得各种行业都必须大量采用电子或电气设备，例如通信、电力输配系统、自动化工程、计算机技术、医疗器材、测量仪器等。在这些设备中，往往需要