CST2023版新功能04-ESD仿真模型及手機產(chǎn)品ESD仿真案例
用于EMC分析的ESD發(fā)生器
精確、高效的發(fā)生器三維建模和網(wǎng)格劃分是ESD仿真的一個關(guān)鍵方面。CST STUDIO SUITE 2023版本新開發(fā)了靜電發(fā)生器的3D模型和電路模型，它可以模擬ESD靜電槍真實的工作過程。該ESD發(fā)生器模型通過CST Studio Suite 2023組件庫以模型庫的形式提供給客戶。在制造之前，可以通過模擬來虛擬評估ESD性能。這將節(jié)省大量的物理測試時間，并將有助于更快地將產(chǎn)品推向市場。
在Component Library搜索ESD如下：
如何正確地模擬ESD發(fā)生器？
根據(jù)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)，定義了兩種ESD測試方法，第一種是接觸放電，其中ESD發(fā)生器的電極與被測設(shè)備(EUT)的導(dǎo)電部分直接接觸。另一種方法是空氣放電，其中ESD發(fā)生器的帶電電極被移動到EUT附近，放電結(jié)果來自電極和EUT之間的電弧形成。
使用SIMULIA CST Studio Suite (CST) TLM求解器設(shè)計ESD發(fā)生器，可以模擬接觸放電和空氣放電的過程。空氣放電模型的性能主要依賴于非線性電弧模型，設(shè)計難度較大，CST已經(jīng)把該非線性模型封裝成sipce模型，用戶可以采用CST場路協(xié)調(diào)的方法對非線性電弧進行模擬。
ESD發(fā)生器的性能是根據(jù)IEC 62000-2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不同電壓等級的電流波形進行驗證的。從槍尖位置的電流波形來看，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
下面構(gòu)建了一個靜電槍波形較準(zhǔn)的簡單結(jié)構(gòu)，在金屬結(jié)構(gòu)件上有一個縫隙，靜電槍對金屬外殼放電。在金屬墻體內(nèi)部設(shè)置一個金屬環(huán)型天線作為ESD信號接收端。對比仿真和測試的電流波形，可以看出電流波形一致性非常好，特別是上升時間和峰值。
通過在3D里面添加場監(jiān)視器，可以對表面電流、場強等分布進行可視化的展示，了解電場如何在EUT表面?zhèn)鞑サ那闆r。
手機產(chǎn)品ESD仿真案例
我們可以考慮手機上的ESD場景。當(dāng)我們觸摸手機時，人體在手機機身上的放電會對內(nèi)部IC造成損壞。如下案例可以通過ESD發(fā)生器模擬手機上的ESD測試。如果受擾信號的電流超過限值，在測試之前的產(chǎn)品設(shè)計階段可以進行必要的設(shè)計更改。
首先利用CST2023模型庫里的ESD靜電槍模型，創(chuàng)建3D測試場景。這里面包含了靜電槍、測試桌上的金屬板、接地cable、屏蔽室的接地銅板等。
完成ESD場路協(xié)同仿真后，可以在3D里面看到電場或磁場隨著時間的變化。
同樣，對于手機內(nèi)部的的精細結(jié)構(gòu)，包括PCB、軟板等組件，都可以看到表面電流的分布，這是判斷干擾路徑的重要方式之一。
回到電路里面，我們同樣可以監(jiān)控USB等關(guān)鍵信號線上的電壓和電流波形，這是我們判斷是否會造成傷害的重要依據(jù)。
總結(jié)
CST設(shè)計了一種用于電子元件的EMC分析的ESD發(fā)生器模型。這些模型通過CST組件庫以及驗證文檔提供給客戶。
新的工作流程鼓勵現(xiàn)有的CST用戶以虛擬驗證的方式為他們的產(chǎn)品提供ESD設(shè)計指導(dǎo)。諸如蘋果、三星等公司將為電子行業(yè)的其他潛在客戶創(chuàng)造一個基準(zhǔn)。
感謝CST總部專家 @David JOHNS @Jonathan OAKLEY提供的案例 。
感謝閱讀，如果覺得本篇文章有用，請點贊、收藏、在看或贊賞，分享給更多朋友了解和關(guān)注我們。
