采用电磁场仿真和测量技术快速定位电源/地阻抗存在的问题

图3 在1.5ns电源和地面之间的空间噪声分布

Juniper Networks公司的Flomerics FLO/EMC为仿真电子设备内部或周围的电磁感应提供了一个分析环境，该软件不同于通用的电磁仿真软件，它采用Transmission Line Matrix (TLM, 传输线矩阵)方法来解麦克斯韦方程，可对EMC仿真发挥出最大优势。TLM方法实现了在一个仿真周期中，有用信号的所有频率通过一次运算就可获得系统的全部宽带响应，它对EMC分析的贡献在于可能的响应和辐射变化的频谱范围很宽。此外，TLM方法建立了等效传输线矩阵，并可以直接解出了它们的电压和电流，从而精确地预知了电磁辐射的频率和位置。


图4 在10ns内电源和地面之间的峰值噪声电压的空间分布

采用仿真工具的最大好处是：在电路板和系统设计完成之前，通过仿真发现系统设计中存在的EMI问题，并有可能快速优化去耦电容的布局和设置，从而以"零成本"完成系统的初步设计。

利用电磁场测量工具快速观测电源/地阻抗设计问题

高速PCB分析和仿真设计工具，可以帮助工程师在预知电磁辐射的频率和位置方面解决一些问题，但是，要精确仿真EMC问题，就必须用SPICE模型，目前几乎所有的ASIC都不能提供SPICE模型，而如果没有SPICE模型，EMC仿真是无法把器件本身的辐射考虑在内的(器件的辐射比传输线的辐射大得多)。另外，仿真工具往往要在精度和仿真时间上进行折中，精度相对较高的，需要的计算时间很长，而仿真速度快的工具，其精度又很低。因此，用这些工具进行仿真，不能完全发现高速PCB设计存在的 EMI和电源/地阻抗超标等问题。

图5 在通孔处，时钟树受到同步开关噪声的影响

在各种电磁辐射测量方法中，常采用近场扫描测量方法。近场扫描原理的测量主要在活性近场区域进行，DUT上发出的辐射信号大部分被耦合到磁场探头上，少量能量扩散到自由空间。磁场探头耦合了近H场的磁通线以及PCB上的电流，另外它也获取一些近E场的微量成分。大部分PCB活性近场区域能量都包含在近磁场中。容向科技的Emscan扫描系统就适合于对这些PCB的近场诊断。

Emscan测量可以得出下列非常重要的信息：干扰产生点、干扰分布、覆盖大区域的干扰传导路径、干扰所在PCB区域以及内部结构或临近I/O模块间的耦合等，还可以看到数字电路和模拟电路分开的效果。

此外，Emscan具有频谱扫描功能和空间扫描功能。频谱扫描的好处在于可以让工程师对DUT产生的频谱有一个大致的认识：有多少个频率分量，每个频率分量的幅度大致是多少。空间扫描的结果，是针对一个频率点的，是一张以颜色代表幅度的地形图，工程师能实时看清PCB产生的某个频率点的动态的电磁场分布情况，从而对去耦电容的布局、参数选择做出优化。因此，利用电磁场测量工具观测电源/地阻抗设计问题也是目前行业发展的趋势之一。