CST2023版新功能04-ESD仿真模型及手機產品ESD仿真案例

用于EMC分析的ESD發生器

精確、高效的發生器三維建模和網格劃分是ESD仿真的一個關鍵方面。CST STUDIO SUITE 2023版本新開發了靜電發生器的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。這將節省大量的物理測試時間，并將有助于更快地將產品推向市場。

在Component Library搜索ESD如下：

如何正確地模擬ESD發生器？

根據IEC 61000-4-2標準，定義了兩種ESD測試方法，第一種是接觸放電，其中ESD發生器的電極與被測設備(EUT)的導電部分直接接觸。另一種方法是空氣放電，其中ESD發生器的帶電電極被移動到EUT附近，放電結果來自電極和EUT之間的電弧形成。

使用SIMULIA CST Studio Suite (CST) TLM求解器設計ESD發生器，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，設計難度較大，CST已經把該非線性模型封裝成sipce模型，用戶可以采用CST場路協調的方法對非線性電弧進行模擬。

ESD發生器的性能是根據IEC 62000-2標準中規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，完全符合標準要求。

下面構建了一個靜電槍波形較準的簡單結構，在金屬結構件上有一個縫隙，靜電槍對金屬外殼放電。在金屬墻體內部設置一個金屬環型天線作為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表面傳播的情況。

手機產品ESD仿真案例

我們可以考慮手機上的ESD場景。當我們觸摸手機時，人體在手機機身上的放電會對內部IC造成損壞。如下案例可以通過ESD發生器模擬手機上的ESD測試。如果受擾信號的電流超過限值，在測試之前的產品設計階段可以進行必要的設計更改。

首先利用CST2023模型庫里的ESD靜電槍模型，創建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，對于手機內部的的精細結構，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，我們同樣可以監控USB等關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。

總結

CST設計了一種用于電子元件的EMC分析的ESD發生器模型。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有的CST用戶以虛擬驗證的方式為他們的產品提供ESD設計指導。諸如蘋果、三星等公司將為電子行業的其他潛在客戶創造一個基準。

感謝CST總部專家 @David JOHNS  @Jonathan OAKLEY提供的案例 。

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