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プリント基板の電磁界シミュレーションで工数削減&コストダウン
2019年4月
プリント基板の設計には伝導ノイズ、EMI、EMSなどの課題があります。これら課題を乗り越え開発設計する過程の中で、評価と設計変更の対応に大きな時間を要しています。本資料では、このような課題に対して、Ansys電磁界解析ツールによる解決方法をご提案しています。
目次
- 高速デジタル設計のトレンドとチャレンジ
- 設計コストと解析の結果
- シミュレーター導入による工数削減の例
- 電磁界解析と回路・システム解析
- 基板の放射ノイズ抑制事例
- LISNによる伝導ノイズ解析事例
- インバータ回路の伝導ノイズ解析事例
- セット全体（基板+筐体+ケーブル）の放射ノイズ解析事例
- まとめ
基板の放射ノイズ抑制事例
高速動作信号に、回路シミュレータで得たデバイスの特性を考慮した波形を給電します。これを励振源とし、基板近傍の電磁界分布、遠方界の電界強度[dBuV/m]を確認します。図に示す基板表面電磁界分布の解析結果により、励振源の高調波にて顕著なピークが発生していることがわかったため、EMI対策部品として抵抗（47Ω）を追加しました。抵抗（47Ω）の追加後、電界、磁界レベルが大幅に低減したことが確認できました。このように、SIとEMIの影響を可視化して確認することが可能です。
LISNによる伝導ノイズ解析事例
伝導ノイズを測定するため、擬似等価電源装置LISNの等価回路を接続します。また、各ケーブルやバスバーの寄生成分をQ3D Extractorにより抽出し、モータの負荷を、Maxwellや等価回路などを利用して構成し解析しています。
インバータ回路の伝導ノイズ解析事例
サージ波形が伝導ノイズとなり雑音端子電圧として観測されます。フィルタによるノイズ低減効果を解析により定量的に判断いただくことが出来ます。
セット全体(基板+筺体+ケーブル)の放射ノイズ解析事例
基板、ケーブル、筺体を含んだシステムレベルの電磁界解析を実施します。電磁界の振る舞いを可視化することにより、設計段階で盛り込むべきEMI対策案を検討します。対策案の盛り込みにより、全帯域において放射レベルが大幅に改善しました。
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