Juniper网络公司采用电磁仿真充分改善了产品的EMC(电磁兼容)性能，同时没有增加任何额外生产成本。此前，该产品的样机模型在电磁兼容的性能指标方面仅有很小的安全余量，而且测试结果不能为工程师们提供足够的信息以确定如何对其进行改进。于是，工程师们就使用为解决电磁兼容问题而专门设计的仿真软件对产品的关键部件--两个高速逻辑电路板以及连接器进行仿真。工程师们不用对每次设计改动都制造样机就可以通过修改模型来评估各种设计参数的改变对辐射性能的影响。他们发现了一种零成本的改进方案，即将上面一块印刷电路板的电源层从电路板的前边缘向后移半英寸，这样就可以减少辐射值，使该产品在EMC性能方面有足够大的安全余量以至电磁兼容性不再是设计的问题了。Juniper网络公司的EMC工程师John Lockwood 说：“这一应用表明仿真可以在设计开发阶段就提供一种非常有效的方法来解决EMC问题，因此，我们已经开始将仿真作为常规的设计方法。”

需要改善EMC性能
工程师们制造了一个EMC的样机模型。它主要由上下两块电路板组成，两电路板之间用1.5英寸的结构支架连接，另外还有一块PCB板（子板）连接到两个主板上的插入式连接器上。对该样机的测试结果显示在G赫兹范围内的辐射仅能刚好处在设计所要求的范围内，但是，加工误差可能使部分产品超出设计的安全标准，而使得这部分产品不得不返工或完全报废。工程师们对样机进行反复试验想努力解决这一问题，但由于改动模型要花费很多时间，在某些情况下，对样机的改动还十分昂贵，因此，他们的工作受到很大的局限。这种方法的另一个局限是工程师们只能在可以放置磁流环探针的有限位置测量其辐射情况。“正在我们想尽办法试图解决这一问题的时候，我们听说了Flo/EMC，” Lockwood说，“我们和软件开发者（Flomerics公司）商量之后，他们同意让我们免费试用软件来解决这一问题。因为我们的开发时间很紧，所以就立刻开始进行这项工作了。”
 

图为Juniper网络公司产品的模型图，其外壳结构等部分隐藏显示

Flomerics公司的Flo/EMC软件为模拟电子设备内部及周围的电磁场相互作用情况提供了一个分析环境，从而对棘手的设计问题快速获得可行的解决方案。FLO/EMC使工程师们在设计流程初期，物理样机生产之前就可以确定EMC设计问题。FLO/EMC与通用电磁仿真软件不同，它使用时域传输线矩阵法（TLM）求解麦克斯韦尔方程，这在进行EMC仿真方面具有很大的优势。首先，传输线法一次计算就可以求解全频段的频率响应，因而在一个仿真周期内就可得到系统整个带宽的响应曲线。由于潜在的谐振和辐射变化覆盖很宽的频谱范围，这种方法尤其适用于EMC分析。其次，传输线法创建等效的传输线方程，可直接求解电压和电流。这比在传统的计算网格上求解电场和磁场更节约内存和CPU占用时间。
 

图为隐去外壳的产品仿真模型

从电磁兼容性的分析角度对设计进行仿真
Lockwood开始用软件创建产品的EMC模型。“我发现刚开始建模时，我们需要非常注意权衡建模的详细程度和模型求解时间之间的关系，” Lockwood说，“模型建得过于详细就会导致求解要花上几天时间，由于时间拖得太长，从而很难对设计进度有实质性的帮助。很明显，我们需要尽可能的去掉无关紧要的细节，同时保留那些对EMC有重要影响的特性，以确保模型EMC分析的准确性。经过不断的尝试，我发现无需对PCB板上的独立元件及介质层进行建模就可以很准确的模拟产品的EMC性能。 我还试图去掉一些两个板之间的结构支架，但发现所有的支架都必须在模型中被保留，否则分析就不准确了。最终的模型求解仅用了两个小时并且和样机测试结果吻合得很好。模型不仅精确的预测了电磁泄漏的频率和位置而且在设计改动对EMC性能影响的敏感性方面也与我们的实际经验相符。例如，我们从实验测试知道如果将某些支架断开或绝缘，噪声指标就会降低，仿真预测了同样的结果。”
 

图为移去外壳顶部后初始设计的表面电流分布图

利用这个经验证有效的模型，Lockwood开始尝试不同的设计参数努力弄清哪些参数对EMC性能有最大的影响。使用软件他可以很方便的修改模型对新设计进行评估，同时，仿真结果提供了比样机测试结果多得多的信息，比如仿真可以提供整个求解域内电磁场的完整的分布图，这些功能给了Lockwood很大的帮助。“为什么断开支架的接地端会减少干扰呢？我们对此有些迷惑，”Lockwood 说，“我们开始尝试做一些改动比如增加接地点的数量，使接地回路变宽来更好地理解这一问题。我们发现干扰源实际上就是主板上的IC，它的作用是驱动位于顶部板上的电源。另外，还发现除了即插式连接器产生的接地回路以外两板之间的支架还增加了额外的回路。子板的特定尺寸使得系统在主板主时钟频率的某个倍频点处会发生结构谐振。 此时将支架绝缘会减少电流回路从而降低干扰。但是，从机械加工方面考虑，移去支架是不可能的，而用尼龙将支架绝缘又可能产生耐久性方面的问题。我们最终的确增加了一些改进，将连接器上的六个接地导带换成一个宽导带。”
 

图为移去外壳顶部后尺寸减小的上板设计的表面电流分布图

发现了一个零成本的解决方案
“仿真还提供了空腔内部的场图，由此我们发现最初设计时我们如此疏忽以致将大量精力集中在缝的屏蔽效能分析上。” Lockwood还说 “从样机模型的测试结果中，我们永远都不可能得到这么重要的信息，它们是解决问题的关键。仿真提供了一个腔体内的三维彩色图像，它比用磁流环探针得到的信息更形象，更容易理解。我们从分析结果中发现：实际上，上部板的电源层不一定非要布到板的边缘。在传统的PCB板加工制造中，接地层和电源层一般要布到距板边缘的千分之五十处，但在大多数情况下，这不是一个硬性的要求。在板的下一步修改中，我们将电源层仅布到连接器的边缘处，而在板的长度方向上留出半英寸长的导带。这样就使电磁干扰源进一步远离屏蔽效能的薄弱点，同时，由于产品的设计十分紧凑，这一改动对屏蔽效能有了很大的改善。我们的噪声指标立即从临界水平降到可以有足够的安全余量。我们将能够非常直观地显示EMC仿真分析效果的示例拿到管理部门，毫不费力就说服他们购买了软件。我们又用这个软件分析了几个其他问题，得到了非常相似的结果。”