CC BY
0УДК 62
Пикулева А.Г.
магистрант кафедры конструирования радиоэлектронной аппаратуры Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА И МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА НА ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА
Аннотация: в работе представлен сравнительный анализ систем автоматизированного проектирования для анализа электромагнитной совместимости в электронных средствах, а именно воздействия на него электростатического разряда. Определена наиболее функциональная и доступная САПР для проведения анализа ЭМС.
Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, численные методы, электронное средство, электромагнитная совместимость, электромагнитные помехи, электростатический разряд.
В настоящее время проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) является одной из важнейших задач при разработке и проектировании электронных средств (ЭС). В ГОСТ 30372-2017 [1] понятие электромагнитной совместимости ЭС определяется как способность их функционирования без формирования электромагнитных помех (ЭМП). ЭМП возникают вследствие взаимодействия ЭС друг с другом и окружающей средой. ЭМП могут возникать при воздействии электромагнитного поля на электронные компоненты (наведенные помехи) или при работе самих электронных компонентов (излучаемые помехи). К наиболее частым отказам ЭС приводит воздействие на них электростатического разряда (ЭСР) при переносе электрического зарядам между телами разных потенциалов.
1720
Проведение испытаний на устойчивость готового ЭС к воздействию ЭСР может привести к отказу или сбоям работы устройства, что увеличит срок ввода изделия в эксплуатацию и материальные расходы на проведение конструктивной и/или схемотехнической коррекции для повышения устойчивости. Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют оценить и проанализировать ЭМС ЭС на этапе разработки и сократить сроки ввода ЭС в эксплуатацию.
Основными методами для анализа ЭМС являются аналитические и численные. В работе [2] автор рассматривает оба метода и на основе чего делает вывод, что выведение функций для решения некоторых электромагнитных процессов в аналитическом виде невозможно, так как ток при ЭСР зависит от многих параметров и имеет сложную форму, поэтому делает акцент на анализ численными методами. Численные методы, используемые в решении задач в области ЭМС:
1. Метод конечных разностей - заменяет непрерывное пространство дискретным множеством точек, связывает значения функции в соседних точках и решает систему линейных алгебраических уравнений,
2. Метод конечных элементов - разбивает исследуемую область на множество элементов, аппроксимирует решение и применяет вариационные принципы для определения неизвестных параметров,
3. Метод граничных элементов - разделяет исследуемую область на границы, аппроксимирует неизвестные функции на границах и применяет интегральные уравнения для определения неизвестных параметров,
4. Метод моментов - дискретизация исследуемой структуры для анализа токов в металлических и диэлектрических структурах, а также излучения в свободное пространство.
Проведем обзор САПР, используемых для электромагнитного анализа (в том числе и воздействие ЭСР) на основе численных методов. Краткое описание рассматриваемых САПР приведено в таблице 1.
1721
Таблица 1. САПР для электромагнитного анализа:
Наименовани е системы Численны й метод решения Решаемые задачи Доступность Обучение Совместимые CAD
Система
моделирования, анализа и FEKO, HFSS,
Microwave Office 2002 Метод моментов оптимизация СВЧ-устройств, таких как антенны, фильтры, усилители и преобразователи сигналов Бесплатный пробный период Наличие РЭ Sonnet, AWR Microwave Official, ^Wave Wizard
Программа для
анализа
электромагнитного поля в области
уравнений Бесплатный
ELCUT Метод конечных элементов электромагнитного поля(анализ статических, частотных и временных электромагнитных полей с нелинейными зависимостями). пробный период, усеченная студенческая версия Наличие РЭ AutoCAD, системы используемые формат DXF
Система для
моделирования и
анализа двухмерных
Maxwell SV Метод конечных задач электростатики и Усеченная версия Наличие РЭ -
элементов магнитостатики на основе решения уравнений Максвелла
Система позволяет SOLIDWORKS
COMSOL Multyphysics Метод конечных элементов моделировать физические процессы, описываемые дифференциальным и уравнениями Бесплатный пробный период Наличие РЭ , Inventor, Autidesk AutoCAD, PTC Creo Parametric, Solid Edge
ANSYS HFSS Метод конечных элементов Трехмерное моделирование ЭМ полей, токов, S-параметров и излучений. Анализ ЭМС, ЭМ взаимодействия между элементами Бесплатный пробный период, студенческая версия для использования на год Наличие РЭ, бесплатны е обучающи е курсы на официальн ом сайте MATLAB, COMSOL Multiphysics, Altium Designer, SOLIDWORKS , Компас 3D
1722
Выбор САПР для проведения анализа ЭМС основывается на сложности выполняемой задачи. Для проведения моделирования воздействия ЭСР на ЭС наиболее удобной и более функциональной является САПР ANSS HFSS. Основные преимущества САПР являются:
- высокая точность моделирования за счет решения задач методом конечных элементов,
- возможность импорта файлов из других САПР, которые применяются при проектировании и разработке ЭС,
- возможность интеграции с ANSYS Mechanical или ANSYS Workbench для увеличения функциональных возможностей,
- имеется стандартизированная библиотека компонентов электронных
схем,
- имеются стандартизированные источники ЭСР, соответствующие ГОСТ Р 51525-99 [3],
- встроенный редактор схем для 30-анализа схем и систем с одновременным применением библиотечных компонентов,
- имеется возможность установки бесплатной пробной версии на срок до одного года,
- возможность прохождения бесплатных обучающих курсов по модулям на официальном сайте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 30372-2017 «Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения», дата введения 12.01.2018. - Москва: Стандартинформ, 2018. - 64 с.;
2. Гизатуллин З.М. Воздействие электростатического разряда на функционирование цифровых элементов печатных плат электронных средств: дис. канд. техн. наук: 05.13.05. - М., 2005. - 169 с.;
1723
3. ГОСТ Р 51525-99 (МЭК 60255-22-2-96). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость измерительных реле и устройств защиты к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний : дата введения 28.12.1999. - Москва : ГОССТАНДАРТ РОССИИ, 1999. - 10 с
Pikuleva A.G.
Izhevsk State University (Izhevsk, Russia)
COMPUTER-AIDED DESIGN SYSTEMS FOR ANALYZING AND MODELING THE EFFECTS OF ELECTROSTATIC DISCHARGE ON ELECTRONIC DEVICES
Abstract: the paper presents a comparative analysis of computer-aided design systems for the analysis of electromagnetic compatibility in electronic devices, namely, the effect of an electrostatic discharge on it. The most functional and accessible CAD system for EMC analysis has been identified.
Keywords: computer-aided design systems, numerical methods, electronic devices, electromagnetic compatibility, electromagnetic interference, electrostatic discharge.
1724
