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仿真实例137——基于CST 3D Combined功能的以太网口RE仿真

1月前浏览755

作者 | Zhou Ming

以太网( Ethernet )是应用最广泛的局域网通讯接口之一,在计算机设备、交换机、路由器、消费类电子产品上有大量的应用。以太网口的RE问题一直是产品设计的难点,很容易导致EMC测试超标,EMC工程师需要花费大量的时间去定位和整改。通过CST电磁仿真,工程师可以搞清楚网口RE问题产生的机理,在设计阶段对RE结果进行量化评估,即使出现了测试问题也能快速地找到解决办法。

系统级仿真方法的选择

以太网口RE仿真属于系统级仿真,在建模时需要考虑复杂的PCB、结构、cable、测试场地、电场接收探针等关键因素。为了解决系统级EMC仿真难题,从2023版本开始,CST推出了3Dcombined功能,可以把3D模型和cable模型放在一起计算S参数,然后在电路中进行combine。这种方法完美的解决了长激励信号仿真慢的问题,非常适合系统级EMC仿真,进一步提升了CST的EMC仿真优势。

基于3D combined功能,客户可以选择两种系统级RE仿真方法。

方法一,“PCB+结构+cable工作室建模”+ 3D Combine方法,如下图所示。这种方法把PCB、结构、cable模型放在一起建模,cable模型与PCB之间通过“Connectto 3D”实现连接,利用时域T求解器计算完整的S参数矩阵,然后在Schematic中进行3D Combine,得到远场RE结果。

方法二,“PCB+结构”提取S参数+“cable工作室”提取S参数+ 3D Combine方法,如下图所示。这种方法先把“PCB+结构”单独计算S参数,再单独计算cable的S参数,然后在Schematic中进行3DCombine,得到远场RE结果。

本案例中我们重点介绍第二种方法。  

网口隔离变压器的建模

网口的隔离变压器对共模噪声能起到很好的隔离作用,其内部结构非常复杂,3D建模难度太大,可以利用网分测试变压器的S参数,用来替代真实的变压器。  

通过仿真我们可以看到网口隔离变压器在125M的差模插损是-0.78dB,共模插损是-26.9dB。  

利用cable工作室创建网线模型  

根据网上查到的CAT6网线规格,在cable工作室中输入铜线直径、绝缘层厚度、线缆直径等参数,完成以太网线的建模。  

网口RJ45连接器的建模  

网口RJ45由插头和插座组成,这部分模型最好联系生产厂家提供3D模型,这样既能确保模型精度,也能降低建模的难度。  

创建好的RJ45连接器与PCB组装到一起,这样就完成了PCB和结构部分的建模。  

创建RE测试场景模型  

RE测试的场地是半电波暗室,是在电磁屏蔽室的基础上,在墙面及天花板上贴装吸波材料,地面为理想的反射面,从而模拟开阔场地的测试条件。为了模拟半电波暗室,地面设置为电边界,其他为Open边界。测试设备(EUT)和辅助设备(AE)的布置要与实际保持一致,cable的长度和布置也要与实际一致。  

为了模拟接收天线和转台,需要在周围3m远的位置设置E-probe,如下图所示。  


创建系统级电路模型

切换到电路工作室,导入PCB的S参数模型,在电路中把PCB和cable连接到一起,Simulation mode选择3D combined,如下图所示。

创建Simulationtask,可以选择Trans或者AC。Trans的激励源是时域信号,可以导入实测的共模信号波形,或者对某一固定频率信号(例如125M、250M等)做精确的RE量化评估;AC的激励源是频域信号,适合于分析整个系统的谐振情况。

我们选择ACtask,共模激励源设置为2mV,勾选上Combine Results。点击update,开始计算。

  • 仿真结果分析    

以千兆网口为例,时钟频率是125MHz,通常RE超标的频点是125MHz及其倍频(250M、375M、500M等),因此在这些频点上如果出现谐振,是非常容易导致RE测试fail。导致出现谐振的原因主要是PCB、结构和cable,感兴趣的小伙伴还可以修改模型的尺寸,观察谐振点的变化,对于我们学习RE辐射机理是非常有帮助的。

案例的最后,以下几个问题留给大家思考:

  • 网口RE辐射为什么以共模为主?

  • 网口RE辐射的共模路径是什么?

  • 哪些因素可能会影响共模辐射的结果?

  • 网口隔离变压器模型如何建模?

  • 如何测试网口差分线的共模噪声大小?

  • 选择什么样的系统级仿真方法?

  • 屏蔽网线如何建模?

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来源:CST电磁兼容性仿真
ACT电路电子电场CST材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-18
最近编辑:1月前
希格斯玻色子
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