PCB作為電子系統的載體，承載著系統中的工作芯片，傳輸線，供電網絡等關鍵部件，其本身的質量關系著系統的可靠性與穩定性。隨著頻率的升高，PCB的電磁兼容問題也越來越突出。

一方面，在PCB設計中，不連續參考面，電源抖動噪聲等非理想因素都會導致電磁能量通過傳導，輻射的方式散發出去，影響其他部件的正常工作，另一方面，頻率的不斷提升，帶來的不僅是性能的提高，隨之而來的還有設計難度的不斷加大，以及設計裕量的不斷減小，也意味著系統更加容易受到電磁能量的干擾，需要采取必要的措施對PCB電路進行保護。

總而言之，對于現代電子系統，不僅要求PCB的SI/PI達到要求，更需要對SI/PI與EMC進行協同設計，從設計的源頭就對PCB板上的傳導與輻射噪聲就行控制和優化，以改善系統的EMC性能，同時設計必要的防護措施對PCB的敏感電路進行保護。

PCB傳導噪聲分析

PCB板上的各個芯片之間都需要有信號及電源走線面進行相互連接，隨著頻率的升高和走線數量的增加，電磁能量越來越容易在各個信號與電源平面之間傳播，產生EMC傳導干擾，設計者需要快速定位耦合路徑及強度，以找到合適的解決辦法。有下面的實際案例中，Ansys的SIwave允許用戶在系統中任意地方添加端口，并評估兩者之間的隔離度，以查找最有可能的耦合路徑。

在確定信號的耦合路徑之后，SIwave還可以和Designer協同仿真，直接添加芯片的IBIS模型，查看信號真實工作狀態下的干擾情況。

Ansys的SIwave可以針對完整的系統無源結構進行快速準確的隔離度分析，方便快捷，并在此基礎上，通過Desginer電路仿真平臺將系統無源結構與有源芯片結合，準確分析系統中的傳導噪聲。

PCB輻射噪聲

在整個PCB板上存在著眾多的頻率分量，設計中的阻抗不連續，過孔等非理想因素所導致的反射，串擾等情況，非常容易將這些電磁能量輻射到空間中，影響其他部件的正常工作。實際上這些電磁能量的輻射與設計的層疊，電源地平面形狀等結構形成電磁諧振箱體息息相關，但傳統的二維仿真工具，會采用的理想化的處理手段，無法考慮電源平面分割等非理想因素。

Ansys的SIwave可以幫助設計者在初期就考察PCB結構的本征諧振分布，進行合理的器件布局，從源頭避免諧振的產生。

為真實評估PCB的輻射情況，Ansys的SIwave與Designer可以相互調用，進行場路協同仿真，將Designer計算出的實際工作波形自動回推到SIwave的三維結構當作真實的激勵源。

通過SIwave特有的EMC近場和遠場仿真功能，設計者可以非常方便的得到系統在真實工作狀態下的遠場輻射曲線和近場輻射分布圖。

在整個PCB輻射仿真流程中，Ansys可以幫助設計者考察PCB結構的本征諧振，從源頭規避諧振的產生，并在仿真時考慮非理想電源地等實際情況的影響，通過SIwave與Designer的場路協同仿真，得到PCB板在實際工作狀態下的近場與遠場輻射。

PCB輻射控制與優化

Ansys的仿真平臺不僅可以幫助設計者得到真實的PCB輻射，還可以幫助設計者進行必要的控制與優化。在下面的實例中，設計者使用Designer與SIwave對信號的SI與輻射同時進行仿真，評估信號串聯電阻對SI/EMI的影響。

從結果中，可以看到SI/EMI之間存在矛盾性，增加信號的串聯電阻，雖然降低了EMI輻射，但也使得信號的上升沿變緩，導致信號的時序受到較大影響。但通過SI/EMI的聯合仿真，設計者可以在二者之間取得完美平衡。

電源的噪聲波動是EMI輻射的另外一個重要來源，SIwave可以幫助設計者快速提取電源地平面的交流阻抗，并查看整個電源平面的能量傳播方式，為去耦電容策略提供參考。

通過SIwave的模塊PI_advisor，設計者還可以將此過程完全自動化，設計者只需給PI_advisor指定優化目標，就可以根據要求對電容種類和數量等進行自動優化。

在整個PCB輻射的優化過程中，Ansys的仿真工具允許設計者進行SI/EMI、PI/EMI的協同仿真，既考慮兩者之間的矛盾性，也考慮兩者之間的一致性，可操作性強，仿真結果真實準確，并且能夠自動進行去耦電容的優化，方便快捷。

PCB EMS仿真

PCBEMC設計中，不僅要控制PCB的對外輻射，設計者還需要對PCB進行必要的保護，以避免PCB電路因受到外界電磁能量的干擾而導致系統故障。由于EMS保護器件通常都是非線性器件，為了仿真PCB受到電磁干擾之后的影響，設計者不僅要提取精確的PCB模型，還要精確模擬EMS干擾信號和保護器件，查看干擾信號在PCB電路及三維結構中的能量分布，以此評估PCB電路的抗干擾性能。因為通常的保護電路會加重系統負載，還要進行EMS與SI的協同仿真，避免設計出的保護電路影響PCB的信號質量。

Ansys的Designer本身自帶豐富的模型庫，可精確模擬各種類型的干擾信號及非線性保護器件。

設計也可以使用Ansys的三維仿真工具Q3D和HFSS查看干擾信號進入PCB之后的能量分布，并在其感應路徑上進行接地和隔離等處理，以避免干擾信號對芯片等重要器件的影響。

Ansys的EMS仿真能夠對真實的干擾信號和保護器件進行精確建模，確保了仿真結果的可信性，并能夠進行EMS/SI的協同仿真，使得設計者全面把握PCB設計中的多個關鍵環節，進行平衡設計，三維仿真工具的應用設計者能夠考慮PCB系統的精確結構，更加有效的制定優化方案。

PCB RS仿真

Ansys SIwave軟件具備PCB的RS直接仿真能力，可以仿真在任意方向和極化形式的平面波照射下，在PCB上指定位置的感應電壓。這種仿真方法能夠在僅僅知道干擾頻段，但是具體干擾波形未知的情況，提前評估PCB上關鍵網絡對外加電磁輻射干擾的。SIwave軟件在仿真過程中充分利用PCB結構的特點，能夠在提供與全波算法類似精度的同時，提升仿真速度10倍以上。

審核編輯：劉清