【導讀】滿足 EMC 標準是至關(guān)重要的,因為它們規(guī)范了產(chǎn)品和其他相鄰設(shè)備之間的電磁效應。電磁效應會影響電子系統(tǒng)的性能,如果這些效應超過了電磁兼容性 (EMC) 的限度,會導致產(chǎn)品退出市場。 。
本文要點
●部分元等效電路 (PEEC) 法是一種依靠麥克斯韋方程積分表述的電磁仿真
●PEEC 方法的基本公式是麥克斯韋方程的電場積分方程 (EFIE) 全波解
●PEEC 方法的優(yōu)點包括:
●只有系統(tǒng)中的材料被離散化,這減少了單元的數(shù)量
●解的變量也是電路變量
您是否注意過電子產(chǎn)品上的 CE 符號?這個符號表明產(chǎn)品符合安全、健康、環(huán)境和電磁兼容 (EMC) 標準。
CE 符號表明產(chǎn)品符合 EMC 標準
滿足 EMC 標準是至關(guān)重要的,因為它們規(guī)范了產(chǎn)品和其他相鄰設(shè)備之間的電磁效應。電磁效應會影響電子系統(tǒng)的性能,如果這些效應超過了電磁兼容性 (EMC) 的限度,會導致產(chǎn)品退出市場。
在電子產(chǎn)品的研究和開發(fā)中,要預測電子產(chǎn)品的電磁效應,在設(shè)計階段進行電磁仿真至關(guān)重要。模擬真實世界的情況有助于確認產(chǎn)品可否正常運行,并檢查它是否符合 EMC 法規(guī)。
市場上有各種電磁仿真方法,包括有限差分時域法 (FDTD)、有限元法 (FEM)、矩量法 (MoM) 和部分元等效電路 (PEEC) 法:
FEM 和 FDTD 方法基于麥克斯韋方程的偏微分方程形式,適合散射問題
MoM 和 PEEC 方法則依賴于麥克斯韋方程的積分形式,MoM 方法適合平面結(jié)構(gòu),而 PEEC 方法是進行電氣封裝分析和 PCB 分析的理想方法
在這篇文章中,我們將研究 PEEC 方法的基本原理。
部分元等效電路法(PEEC)
如果想用基于電路的方法來解決電磁問題,可利用部分元等效電路 (PEEC) 法。PEEC 方法提供了一種完全基于等效電路的全波電磁電氣建模技術(shù)。使用同一個等效電路,可以同時進行電路和電磁仿真。PEEC 法將電磁問題的解轉(zhuǎn)化成電路模型,而不是解決由電位、電流、電壓或電荷等場變量組成的場方程。
PEEC 方法由 Albert E. Ruehli 博士開發(fā),類似于基于麥克斯韋方程積分表述的 MoM 方法。PEEC 方法的基本公式是麥克斯韋方程的電場積分方程 (EFIE) 全波解。
EFIE 的一般形式被轉(zhuǎn)換為 PEEC 公式,并從該公式中得出等效電路。PEEC 方法從 EFIE 中提供了部分元的等效電路,這些元是電阻、電位系數(shù)和部分電感。這種方法便于使用電路求解器在時域和頻域方面研究電路。
使用 PEEC 方法,時域的所有發(fā)展狀況可以不受任何限制地擴展到頻域,反之亦然。宏觀模型、簡化的 PEEC 模型和特殊的電路公式等技術(shù)會進行調(diào)整,以實現(xiàn) PEEC 模型的解。
應用
PEEC 方法適用于自由空間仿真和時域、頻域分析。由于支持全波和全頻譜,這種方法在研究和工業(yè)開發(fā)中很受歡迎。大型系統(tǒng)的綜合電磁和電路仿真是 PEEC 方法的主要應用領(lǐng)域。
PEEC 方法的優(yōu)點
基于 PEEC 模型的解提供了顯著的電子改進,如納入電介質(zhì)、入射場和散射公式。它的等效電路以異質(zhì)、混合電路和電磁場問題為核心,因此很容易使用電路理論或電路求解器(如 SPICE)進行分析。由于 PEEC 基于積分公式,使用該方法的優(yōu)勢(相對于基于差分公式的電磁仿真)包括:
結(jié)構(gòu)的離散化:在基于差分公式的方法中,如 FEM 和 FDTD,整個系統(tǒng)是離散化的。在 PEEC 方法中,只有材料是離散的。這種差異的表現(xiàn)是,在基于差分公式的技術(shù)中,單元數(shù)量較多,而在積分公式方法中,單元數(shù)量較少。在 PEEC 方法中,在體積和表面單元離散中,單元具有靈活性(混合正交和非正交),這提供了很好的建??赡苄?。
解的變量:FEM 和 FDTD 在場變量中提出解,如電場強度或磁場強度。變量的后處理需要將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中的電流和電壓。然而,在基于積分公式的方法中,解直接以電路變量表示,如電流和電壓。這使得 PEEC 方法適用于電子互連封裝、電磁干擾 (EMI) 和 PCB 分析。
如果想對 PCB 的電磁問題和電路功能進行軟件仿真,可以考慮采用 PEEC 方法。利用 PEEC 等效電路,可以進行組合電路和電磁仿真。由于 PEEC 基于麥克斯韋方程的積分公式,它需要的離散化程度較小,而且解的變量與電路變量相同。如果打算為產(chǎn)品設(shè)計進行時域和頻域分析,可以開發(fā) PEEC 模型,以便在時域和頻域之間無限制切換。
(來源:Cadence楷登PCB及封裝資源中心)
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