1、 - 1 - EMIStream 培训教程 2008.11 V1.001 Cybernet CAE Systems Shanghai Co. Ltd. 莎益博设计系统商贸 （上海 ）有限公司 上海市肇嘉浜路 777 号青松城大酒店 618 室 邮编 ： 200032 深圳市深南大道 6013 号中国有色大厦 909 室 邮编 ： 518040 Tel: 0755-2399 3201/02 Fax: 0755-2399 3202 - 2 - 目目目 目 录录录 录 1.概要 3 2.软件介绍 3 3.关于 EMC.3 4.EMIStream 设计流程介绍 .5 设计前准备 .5 读入 PCB
2、设计数据 .5 进行相关设置 .5 进行 EMI 分析 .7 各个规则的详细说明 .9 Trace length/布线长度检查 。 9 Number of Via-holes/过孔数量检查 。 11 Traces near plane edges/走线离板边的距离检查 12 Traces crossing over GV planes/跨越电源地层的信号线的检查 。 .13 Discontinuities of return current path/不连续的回路检查 .15 SG Trace/信号线包地检查 .17 Estimation of radiated electromagnetic
3、 field/评估整板 EMI 辐射 18 Distance between grounding vias of SG traces/包地线上的相邻 2 个地孔的距离 20 Grounding vias along ground-plant edge/地平面边缘的地孔检测 .21 Filters on a trace connected to a connector/连接到连接器上的 Filter 检测 21 Decoupling capacitor placement/电源管脚的退耦电容检测 23 Differential Signal/差分信号的分析 24 XTalk/串扰分析 26 Po
4、wer plane resonance analysis/电源 ，地平面的谐振解析功能 。 .27 5.莎益博 设计 系统的服 务和技 术支持 29 - 3 - 1 概要 概要概要概要 本文介绍 运用 EMIStream,在整个 PCB 设计过程中进行 板极 EMI 的控制 ，可以在很大程度上 减少 PCB 的设计的 EMI，缩短研发周期 。 2.软件介绍软件介绍软件介绍软件介绍 EMIStream是日本 NEC公司基于多年 EMI设计经验开发的应用软件 ，在日本已经推广使用了多年 ，它有效地减少了电子产品的 EMI/EMC问题 ，大大缩短了产品开发周期 。Cybernet在日本与 NEC公司
5、合作推广多年 ，今天又引入到中国 ，为中国的 PCB设计工程师提供一个高效的 EMI设计工具 。EMIStream可以与各种 PCB设计流程集成使用 ，在PCB制造之前 解决 EMI问题 。EMIStream软件 内含 13条经典 EMI设计规则 ，可以完成全部网络的 EMI分析 ，以及电源谐振分析。软件经过日本 NEC内部产品实际设计结果验证 ，每个检查项目的设置值是经过实际验证的最佳理论值 。 3.关于关于关于关于 EMC(电磁兼容电磁兼容电磁兼容电磁兼容 ) （ Electro Magnetic Compatibility） （ Electro Magnetic Interference
6、）：（Emission） （ Electro Magnetic Susceptibility）：（Immunity） 的 规 格 （ 联邦通信委 员会 ） （国际无线电干扰特别委员会 ） （民间信息技术设备无线电干扰控制委员会 ） Class A or Class ： 工业领域 Class B or Class ： 住宅领域 - 4 - （ （电磁辐射 电磁辐射电磁辐射电磁辐射 ） ）关于噪音的模型 关于噪音的模型关于噪音的模型关于噪音的模型 EMI 可以分成两类 ：差模 （Differential mode；DM）和共模 （Common mode；CM）。 差模也称作对称模式 （symmet
7、ric mode）或正常模式 （normal mode）；而共模也称作不对称模式 （asymmetric mode）或接地泄漏模式 （ground leakage mode）。 共模噪音 及差模噪音 共模计算公式共模计算公式共模计算公式共模计算公式 差模计算公式差模计算公式差模计算公式差模计算公式 解决办法解决办法解决办法解决办法 由上可知减小差模辐射 可操作 的方法有 ： （ 1）、 降低电路的工作频率 ，工作频率越小 ，从而使 E 变小 。 （ 2）、 减小信号电流的环路面积 Ls。 （ 3）、 减小信号的电流强度 共模辐射是 EMI 中最主要的一种辐射干扰 ，通俗的说常常是电路板地的“不
8、平整 ”导致 ，或者连接线连接的两处地方电位的高低差而导致连接线变成了辐射天线 。而电路板则常常是由于地阻抗而引起电位高低不平从而能量由高到底有了辐射出来的条件。所以在电路设计与 PCB 排版时要特别的注意 PCB 地阻 抗的问题 ，从而更多的减小其产生的干扰 。 通常 减小共模辐射的方法有 ： （ 1）、 减小地电位 （ 2）、 使用去耦电容 （ 3）、 使用铁氧体磁环 （ 4）、 使用共模电源滤波器 其中 I 表示电流强度 ，f 表示共模电流的频率 ，L 表示电缆线长度 ，d 表示测量天线到电缆的距离 其中 Ip表示电流强度 ，f 表示共模电流的频率，Ls 表示 环路面积 ，d 表示测量天
9、线到电- 5 - 4. EMIStream 设计流程介绍设计流程介绍设计流程介绍设计流程介绍 设计前准备 设计前准备设计前准备设计前准备 EMIStream 软件目前支持 业界通用的 多种 CAD 软件 的数据格式 ,如 : a. Altium(AD6,Protel 系列 ) b. Mentor(Expediton,Board Pads 系列 ) c. Zuken/Board designer CR5000 系列 d. Cadence/Allegro 系列 注 :Cadence/Allegro 的用户 ,因软件与 EMIStream 是无缝的连接 .可直接由原理图导出*.DSN 文件进行 PC
10、B 设计中的 EMI 分析 . 读入 读入读入读入 PCB 设计数据设计数据设计数据设计数据 开起 EMIStream 软件 ,执行 FileOpen; 进行相关设置 进行相关设置进行相关设置进行相关设置 a) 执行 Edit Stack layers, 在对应的界面中设置 PCB 设计数据的层叠 类型 ，介电常数 及厚度 。如下图 - 6 - b) 执行 Edit Edit Property Net Property 在 Frequency(MHZ)栏设置对应的 网络 信号线的频率 ，单位为 MHZ。 在 G/V栏设置是对应网络是否为电源或地 ， G;GND V: Voltage PairN
11、ame 栏用 来设置差分网络 ，如一对网络属差分 ，须在此栏使用相同的名称（如下图 ）。 注： Cadence/Allegro软件的差分信息可直接导入到 EMIStream,此处不用设置 。 C）执行 Edit Edit Property Component Property 在 Type 栏设置对应 器件的类型 在 Anlaysis Model name 栏设置对应 器件的分析模型 。 - 7 - 在软件自带的 subckt.lib 文件中 ，用户可自行添加分析模型 。如下图 。 d) 执行 Edit Edit Property Divert parameter, 将上述 a,b,c 设置的
12、相关属性保存为 *.lay 的格式 ，方便下次有类似的设计 ，可直接调用。 进行 进行进行进行 EMI 分析分析分析分析 a） 开启要分析的网络 - 8 - 执行 EMISet Net Parameter，出现如下界面 。 在需要分析的网络的 CheckON/OFF 栏，下拉选项中选择 ON/OFF,缺省状态是所有网络开启 （如下图 ） b） 开启要分析的规则 （13 条规则 ） 执行 EMIEMI Chick Environment，出现如下界面 。 不需要作分析的项 ,单击前面的黄色小方块 ，使之变为灰色即可 。 缺省状态是所有规则开启 。 c） 高级用户可自行编辑规则 。 执行 EMIS
13、et Parameter， 出现如下界面 ,各个规则都为 NEC 公司在 EMI 控制方面多年的经验积累数据 ， 用户可根据公司要求的不同来修改规则来进行 EMI 的分析 。 注：软件不推荐修改其缺省值 。 - 9 - 各个规则的详细 各个规则的详细各个规则的详细各个规则的详细 说明说明说明说明 Trace length/布线长度检查布线长度检查布线长度检查布线长度检查 。 。 执行 命令 ： EMIIndividualTrace length 软件定义在 OMHZ 以上的走线长度不能超过 6400mil。 - 10 - 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的 信号频率
14、 ，最后括号内表示 EMI 的严重 点数，1P 表示辐射 很小 ，99P 表示辐射严重 。 软件计算各个网络长度的 Manhattan 距离和实际走线长度 ，给出 比较百分比 ，供用户参考 。 并且可以有效的检测 ，在走线过程中出现的 LOOP. - 11 - Number of Via-holes/过孔数量检查过孔数量检查过孔数量检查过孔数量检查 。 。 执行 命令 ： EMIIndividualNumber of Via-holes 软件定义在 OMHZ 以上的每条网络的过孔数量最多不能超过 5 个 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示
15、EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 。 软件会统计各个网络的 Via 的总数 ，及等效的寄生电容 ，根据实际情况 ，分析出该网络的 EMI 辐射 ，给出相应的严重点数 ，在板子上高亮表示 ，提醒用户修改 。 - 12 - Traces near plane edges/走线离板边的距离检查走线离板边的距离检查走线离板边的距离检查走线离板边的距离检查 执行 命令 ： EMIIndividualTraces near plane edges 软件定义在 OMHZ 以上的每条网络 ，带装线离板边的距离为 40mil；电源层 符合 20H 原则 ,用户可根据设计的实际情况在
16、此处设置相应的参数 。 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 。 软件会以圆圈的方式显示有问题的地方 ，并在右边提示错误出现的层数 ，方便用户查找。 - 13 - Traces crossing over GV planes/跨越电源地层的信号线的检查跨越电源地层的信号线的检查跨越电源地层的信号线的检查跨越电源地层的信号线的检查 。 。 执行 命令 ： EMIIndividualTraces crossing over GV planes 软件定义在 OMHZ 以上的每条网络 ，
17、如通过 Via 跨越了电源和地层 ， 在 Via 的地方 ，电容距离不得超过 200mil 信号线离地网络不能超过 10mil 孔得大小为 200mil 以下 ，视为连续平面 同一层面上小于 200mil 得地网络不能作为临时回路 - 14 - 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 双击每个网络的 单项 ，会出现该网络 的走线结构 ，并告知错误的类型 ，并提出可以实际操作的修改意见 。 - 15 - Discontinuities of return current path/不
18、连续的回路不连续的回路不连续的回路不连续的回路 检查检查检查检查 执行 命令 ： EMIIndividualDiscontinuities of return current path 软件定义在 OMHZ 以上的每条网络 ，在同一个平面层 ，回流路径不连续的情况 。 如电容作为回流路径 ，最远距离为 200mil。 信号线离地网络 最大距离 10mil。 孔得大小为 200mil 以下 ，视为连续平面 。 同一层面上小于 200mil 得地网 络不能作为临时回路 。 - 16 - 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1
19、P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 双击每个网络的 单项 ，会出现该网络的走线结构 ，并告知错误的类型 ，并提出可以实际操作的修改意见 。 - 17 - SG Trace/信号线包地检查信号线包地检查信号线包地检查信号线包地检查 执行 命令 ： EMIIndividualSG Trace 软件定义在 OMHZ 以上的每条网络 ，在同一个平面层 ，回流路径不连续的情况 。 信号线离地网络 最大距离为 10mil。 是否以单边包地计算 EMI。 不需要设置包地的 Pad/Pin/Via 距离为 200mil 注注注 注： ： ：执行 执行执行执行 SG Trace Check 时时时 时，
20、， ，需要将 需要将需要将需要将 Set net parameter 下面的开关开启下面的开关开启下面的开关开启下面的开关开启 。 。 - 18 - 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 . 软件会以圆圈的方式显示有问题的地方 ，并在右边提示错误原因 。 Estimation of radiated electromagnetic field/评估整板评估整板评估整板评估整板 EMI 辐射辐射辐射辐射 . 执行 命令 ： EMIIndividual Estimation of r
21、adiated electromagnetic field 只要在 Set net parameter 下面 ，将需要 Check 的网络设置频率 ，开启 检测 。即可对整板的 EMI 分析 。 该项是用来计算所有信号是否超过电磁辐射的额定最大值 全板信号 EMI仿真分析参数值 。 1：电磁辐射的额定最大值 2：上升时间系数 3：最大上升时间 4：信号源电压 5：占空比 6: 输入封装电阻 7：输入封装电容 8：输出封装电阻 9：串联 匹配 电阻 10：终端 匹配 阻值 - 19 - 11：终端 匹配 阻抗 12：介电常数 13：导线阻抗 14：介质厚度 15：测试天线距离 16：最大扫描上限
22、频率 分析 结果 如下图 ： 结果以网络名的树型排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 . 软件会根据走线的参数和频率计算出每根网络的共模 ，差模辐射 。 - 20 - Distance between grounding vias of SG traces/包地线上的包地线上的包地线上的包地线上的 相邻相邻相邻相邻 2 个地孔的距离个地孔的距离个地孔的距离个地孔的距离 执行 命令 ： EMIIndividualDistance between grounding vias of SG traces。 。 软件缺省值为
23、2800mil - 21 - Grounding vias along ground-plant edge/地平面边缘的地孔检测地平面边缘的地孔检测地平面边缘的地孔检测地平面边缘的地孔检测 执行 命令 ： EMIIndividualGrounding vias along ground-plant edge 软件定义地线上的相邻 2 个地孔的距离 缺省值为 2800mil 接地孔距离 地平面边的距离缺省值为 200mil Filters on a trace connected to a connector/连接到连接器上的连接到连接器上的连接到连接器上的连接到连接器上的 Filter 检测检
24、测检测检测 执行 命令 ： EMIIndividualFilters on a trace connected to a connector 软件定义在 OMHZ 以上的每条 网络 ,距离连接器的 Filter(L C R F),缺省距离不得大于1400mil - 22 - 分析 结果 如下图 : 软件会显示出 错误的网络名称 ，供用户核实 。 - 23 - Decoupling capacitor placement/电源管脚的退耦电容检测电源管脚的退耦电容检测电源管脚的退耦电容检测电源管脚的退耦电容检测 执行命令 ： EMIIndividualDecoupling capacitor pl
25、acement 软件缺省定义退耦电容距离电源 /地管脚的最长距离 为 200mil 供电线路的最长和最短缺省值分别为 1500mil、400mil. 还可设定检测的层面 ，及是否显示错误信息 执行结果 如下图 ： 结果以器件的树型排列 ，后为相应电源 /地网络的信号 ，最后括号内显示设计文件 实际的长度 ，并给出结果是否符合规则 。 - 24 - Differential Signal/差分信号的分析差分信号的分析差分信号的分析差分信号的分析 执行命令 ： EMIIndividualDifferential Signal 软件定义的差分设置如下 : 差分组内的长度差最大不能超过 40mil 2
26、 组平行线间的缺省的最大 /最小值分别为 5/200mil 不平行的长度的最大值缺省为 80mil 距离电源 /地的距离为 10mil - 25 - 注注注 注： ： ： 进行差分网络的分析需 要在 Set net parameter 下面 ，将需要 Check 的网络设置频率 ，开启检测 。差分组内设置相同的差分名称 ，即可对差分网络进行的 EMI 分析 。 执行结果 如下图 ： 结果以网络名的树型 排列 ，后为相应网络的信号频率 ，最后括号内表示 EMI 的严重点数，1P 表示辐射很小 ，99P 表示辐射严重 。 并且会将对应的错误网络在界面中高亮显示 ，便于用户查看 。 - 26 - X
27、Talk/串扰串扰串扰串扰 分析分析分析分析 执行命令 ： EMIIndividualXTalk 软件定义串扰分析的缺省设置如下 : 走线间距为 10mil 最长长度为 200mil 距离邻近层的距离为 10mil - 27 - 电源电源电源电源 ， ，地平面的谐振解析功能 地平面的谐振解析功能地平面的谐振解析功能地平面的谐振解析功能 分析分析分析分析 Power plane resonance analysis/电源电源电源电源 ， ，地平面的谐振解析功能 地平面的谐振解析功能地平面的谐振解析功能地平面的谐振解析功能 。 。 执行命令 ： EMIPower plane resonance a
28、nalysis 出现如下对话框 在此可 设置 分析平面 距离相邻平面层的距离 ，分析平面 层厚度 。价电常数 ，输出的文件名称等 ，噪声源的设定 单击单击单击单击 Option 选项设置仿真分析库的路径及相关参数选项设置仿真分析库的路径及相关参数选项设置仿真分析库的路径及相关参数选项设置仿真分析库的路径及相关参数 ， ，如下图 如下图如下图如下图 : 在此可设置平面层分析的频率范围 ，及每次以多少频率跳转分析 。及分析库路经设置 。 - 28 - 注： 运行电源 ，地平面的谐振解析功能时 ，须关掉其他层面 。 关闭层的方法参照下图 ，单击层前面的小色块 所有设置完成后 ，用鼠标单击选择要分析的
29、电 源平面 ，点击 MOUSE 图标 ，放下噪声源 。 单击 RUN 图标 ，软件即开始分析电源平面的 谐振解析 执行结果 如下图 ： 软件直观的用颜色表示 EMI 辐射的强度 ，蓝色表示辐射小 ，红色表示辐射严重 。 可用 UP/DOWN 按钮通过调整频率来观察在不同频率下的辐射强度分布 。 也可直接单击 V-F Graph 按钮观看 V-F 波形 。 - 29 - 5.莎益博莎益博莎益博莎益博 设计设计设计设计 系系系 系统 统统 统的服 的服的服的服 务务务 务和技 和技和技和技 术术术 术支持 支持支持支持 莎益博 设计 系统的应用工程 师为 客户提供 电话 和邮件的技 术问 答。另外
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