CST2023版新功能04-ESD仿真模型及手机产品ESD仿真案例

用于EMC分析的ESD发生器

精确、高效的发生器三维建模和网格划分是ESD仿真的一个关键方面。CST STUDIO SUITE 2023版本新开发了静电发生器的3D模型和电路模型，它可以模拟ESD静电枪真实的工作过程。该ESD发生器模型通过CST Studio Suite 2023组件库以模型库的形式提供给客户。在制造之前，可以通过模拟来虚拟评估ESD性能。这将节省大量的物理测试时间，并将有助于更快地将产品推向市场。

在Component Library搜索ESD如下：

如何正确地模拟ESD发生器？

根据IEC 61000-4-2标准，定义了两种ESD测试方法，第一种是接触放电，其中ESD发生器的电极与被测设备(EUT)的导电部分直接接触。另一种方法是空气放电，其中ESD发生器的带电电极被移动到EUT附近，放电结果来自电极和EUT之间的电弧形成。

使用SIMULIA CST Studio Suite (CST) TLM求解器设计ESD发生器，可以模拟接触放电和空气放电的过程。空气放电模型的性能主要依赖于非线性电弧模型，设计难度较大，CST已经把该非线性模型封装成sipce模型，用户可以采用CST场路协调的方法对非线性电弧进行模拟。

ESD发生器的性能是根据IEC 62000-2标准中规定的不同电压等级的电流波形进行验证的。从枪尖位置的电流波形来看，完全符合标准要求。

下面构建了一个静电枪波形较准的简单结构，在金属结构件上有一个缝隙，静电枪对金属外壳放电。在金属墙体内部设置一个金属环型天线作为ESD信号接收端。对比仿真和测试的电流波形，可以看出电流波形一致性非常好，特别是上升时间和峰值。

通过在3D里面添加场监视器，可以对表面电流、场强等分布进行可视化的展示，了解电场如何在EUT表面传播的情况。

手机产品ESD仿真案例

我们可以考虑手机上的ESD场景。当我们触摸手机时，人体在手机机身上的放电会对内部IC造成损坏。如下案例可以通过ESD发生器模拟手机上的ESD测试。如果受扰信号的电流超过限值，在测试之前的产品设计阶段可以进行必要的设计更改。

首先利用CST2023模型库里的ESD静电枪模型，创建3D测试场景。这里面包含了静电枪、测试桌上的金属板、接地cable、屏蔽室的接地铜板等。

完成ESD场路协同仿真后，可以在3D里面看到电场或磁场随着时间的变化。

同样，对于手机内部的的精细结构，包括PCB、软板等组件，都可以看到表面电流的分布，这是判断干扰路径的重要方式之一。

回到电路里面，我们同样可以监控USB等关键信号线上的电压和电流波形，这是我们判断是否会造成伤害的重要依据。

总结

CST设计了一种用于电子元件的EMC分析的ESD发生器模型。这些模型通过CST组件库以及验证文档提供给客户。

新的工作流程鼓励现有的CST用户以虚拟验证的方式为他们的产品提供ESD设计指导。诸如苹果、三星等公司将为电子行业的其他潜在客户创造一个基准。

感谢CST总部专家 @David JOHNS  @Jonathan OAKLEY提供的案例 。

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