如何有效降低电磁合规成本？

本文翻译自Cadence “Breakfast Bytes Blogs”专栏作者Paul McLellan文章“Electromagnetic Compliance: Anechoic Chamber Not Required”。

Clarity^TM 3D Transient Solver 是 Cadence 系统分析蓝图中的最新一款产品，采用突破性的电磁仿真技术，以及近乎无限的容量和测量级精准度，可快速在服务器上完成早期合规性测试，有效降低设计成本，加快上市时间。求解报告可用于电磁兼容性（EMC）分析、磁化率分析、天线放置、生物医学分析及其他应用。

吸波暗室

如果没有获得 CE 或 FCC（或同等）认证，就不能销售电子产品。而对于医疗器械和航天来说，认证的要求会更加严格。这些要求不仅适用于笔记本电脑或汽车 ECU （电子控制单元）等显而易见的电子产品，也适用于洗衣机和烘干机等家庭用品。此外，这并不是某种“最好拥有”的认证，而是“必不可少” ——如果产品没有通过认证，将不能上市销售。

产品认证主要在两个方面需要测量，分别为电磁敏感性和辐射。辐射意味着设备不会发出高于相应阈值的电磁辐射。电磁敏感性意味着即使在给定的电磁噪声水平下，该设备也能正常工作。例如，汽车中 ECU 的辐射不得超过某个阈值；同时，如果有人在车上打开笔记本电脑，或者几个人都使用手机，那么ECU也必须能正常工作。

通常，这些测试在吸波暗室（Anechoic Chamber）中进行。“无回声”（即“Anechoic”）一词在音频领域中是指被吸音挡板包围的房间。如果我们在消音室中进行声音录制，那么因为没有耳机，我们的声音听起来将并不正常。但是，同样的方法可用来吸收电磁辐射。因此，要测试一个设备，可以将其放在一个吸波暗室里：一个标准的测试是用天线在 3 米外进行测量。例如，上图中是一架无人机在吸波暗室中接受测试。

这样的物理测试非常昂贵，主要因其需要建立产品原型。而测试失败则会导致非常高昂的成本，因为原型需要重新设计并建造，然后进行重复测试。例如，创建并测试一个汽车 ECU 显然需要 10-12 个月的时间。这不仅关系到成本，还关系到上市时间。这就要求用仿真代替物理原型进行测试。但是具有旧架构的传统工具扩展性差，并且需要多台配有 TB 级内存的计算机，因此同样需要昂贵的专用硬件。

辐射和电磁敏感性是最重要的参数，但还有其他参数需要考量。例如，手机的辐射方式不能让过多的辐射穿透人体头部。另一方面，心脏起搏器是无线编程的，当它们在人体胸腔内时，需要准确无误地工作。天线的放置会影响智能手机等设备的工作效率；十几年前的“天线门”事件就是由于天线设计不当，导致当紧握智能手机边缘时，信号便迅速衰减了。

Clarity 3D Transient Solver

Clarity 3D Transient Solver可以在软件中完成在吸波暗室环境中的大部分操作。尽管最终的合规性可能仍需要在吸波暗室中进行测试，但使用 Clarity 3D Transient Solver 意味着早期的测试，尤其是需要任何重新设计的测试，可以完全在服务器上完成。同时，这些早期测试可在云中完成——通过Cadence CloudBurst^TM 平台，不需要进行任何 IT 设置，就可以100% 基于网络完成测试。

Clarity 3D Transient Solver 运用了大规模并行、多线程和分布式的计算架构，该架构允许求解器在数百个针对云和内部分布式计算优化的 CPU 上运行。随着计算资源的增加，它具有几乎无限的容量和接近线性的扩展性。与物理测试测量相比，没有任何精度损失。并且针对整个系统进行测量：ECU、手机、无人机，甚至整个汽车，或者体内的心脏起搏器。该工具从所有标准芯片、IC 封装和 PCB 平台读取设计数据，并提供与 Cadence 实施平台的独特集成。

一个典型应用就是上文提到的 3米电磁辐射测试。Clarity 3D Transient Solver 可用于模拟建模吸波暗室、正在测试的系统和 3米外的天线。然后，使用时域有限差分 (FDTD) 方法计算出合规性所需的所有值。由于这是一种时域方法，FDTD 解决方案可以在一次仿真运行中覆盖非常宽的频率范围。

Clarity 3D Transient Solver 已在 2021 年第一季度正式推出。

成功案例：汽车电控单元（ECU）的开发

上文提到开发一个汽车 ECU 需要 10-12 个月。在日本，由一级供应商分包的汽车 ECU 的主要开发商之一是 UTI (Ultimate Technologies Incorporated)。他们一直在使用 Clarity 3D Transient Solver工具并因此节省了三个月 (30%) 的设计周期。UTI 首席执行官 Satoshi Utsumi 对此表示：

 “作为一流的工程服务提供商，Ultimate Technologies 专注于快速、高效和首次即正确的设计。Cadence 的 Clarity 3D Transient Solver 让我们能以测试测量精度进行仿真，并以此预测 EMI 测试期间将要测量的内容，从而确保我们的客户在第一次接受 EMI 合规性检查时就能通过，同时大幅度减少原型设计的数量。这使我们能够将汽车 ECU 的设计周期缩短长达三个月，将设计周期时间减少 30%。借助 Clarity 3D 技术，我们可以快速迭代并提高设计质量，同时满足客户的时间安排需求。"

如欲了解Clarity 3D Transient Solver的详细内容，欢迎点击产品中文页面。

*原创内容，转载请注明出处：https://community.cadence.com。

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