[发明专利]一种印制电路板级传导电磁干扰建模的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁兼容领域，具体是指一种对印制电路板级电磁兼容中传导电磁干扰的幅度和频率进行建模分析和量化预测的系统和方法。

背景技术

根据国家标准 GB/T4365 电磁兼容(electromagnetic compatibility，EMC)术语中的定义，电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面。

电磁干扰（EMI）是电磁骚扰引起对设备、传输通道或系统性能的下降。电磁干扰（EMI）包括传导干扰和辐射干扰两部分，其中传导干扰是指电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。

印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）是电力电子系统的基本组成部分，其板级电磁兼容性直接影响整个系统的电磁兼容性能。

随着电力电子系统拓扑和内部结构日趋复杂，其电磁兼容性问题也日益突出，其中印制电路板的传导电磁干扰直接影响了整个系统的电磁兼容性能。目前在工程中，印制电路板的电磁兼容性设计一般采用工程经验方法，其传导干扰数据都是在制板完成调试结束后获取的。一旦出现电磁兼容问题，一般需要重新设计和制板，影响了研发周期和成本。

发明内容

本发明为解决上述技术难题，提供了一种印制电路板级传导电磁干扰建模的系统和方法，目的在于，在设计前期对印制电路板上关键线路的传导电磁干扰频率和幅度进行量化分析，找出电磁兼容性差的部分进行优化设计，降低整个电路板的电磁干扰程度，从而可以降低研发周期和成本。

本发明的技术方案如下：

一种印制电路板级传导电磁干扰建模的系统，其特征在于：包括干扰芯片有源和无源参数提取单元、干扰源模型参数提取单元、复杂传输线网络参数提取单元、矩阵式负载参数提取单元、系统级模型仿真单元和传导骚扰量化分析单元；

干扰芯片有源和无源参数提取单元用于将印制电路板上的电源模块、关键干扰芯片、有源器件、无源器件分别等效为谐波噪声模型、干扰源模型、有源电路模型和无源电路模型；

干扰源模型参数提取单元用于提取所述谐波噪声模型和干扰源模型参数，根据谐波噪声模型和干扰源模型的实际特性，构建为等效噪声源模型；

复杂传输线网络参数提取单元通过计算和测试提取印制电路板中的阻抗参数，并利用该阻抗参数构建多端口模型，得到传输线网络多端口阻抗矩阵；                                                ，其中：Z₁₁ 表示第一端口的自阻抗；Z₁₂ 表示第一端口与第二端口的互阻抗；Z_1n 表示第一端口与第n端口的互阻抗；Z₂₁ 表示第二端口与第一端口的互阻抗；Z₂₂ 表示第二端口的自阻抗；Z_2n 表示第二端口与第n端口的互阻抗；Z_n1 表示第n端口与第一端口的互阻抗；Z_n2 表示第n端口与第二端口的互阻抗；Z_nn 表示第n端口的自阻抗；

矩阵式负载参数提取单元用于将电路板上非关键干扰电路等效为多节点矩阵式负载模型，并进行模块化封装；

系统级模型仿真单元用于将有源电路模型、无源电路模型、噪声源模型、传输线网络多端口阻抗矩阵和多节点矩阵式负载模型通过电路原理组合起来，构建电路仿真模型，从而得到线路上各节点处的噪声电压波形；

传导骚扰量化分析单元用于将系统级模型仿真单元中得到的噪声电压波形转换为噪声电压频谱Vn = f1(frq)，并与实际采用的电磁兼容标准线Vref = f2(frq)比较，从而获得实际电路板传导电磁干扰超标频率段和各频率点的噪声电压幅值超标量dV ，dV=Vn – Vref；其中，Vn为各频率点的噪声电压幅值，frq 为频率，Vref 为各频率点的噪声电压标准限值。若 dV 在全频率段均小于0，则该电路板具有良好的传导电磁干扰性能；若 dV在全频率段有大于0的部分，则该电路板的传导电磁干扰性仍需进一步优化。