CST電源濾波電路仿真一：共模電感正下方地平面影響分析

作者 | Wang Jieyu

電源端口濾波電路設計想必是EMC濾波設計中最關鍵的環節，沒有之一。在很多EMC設計的書中可能都會包含類似這樣一句話：共模電感下方GND平面要挖空……。同樣，這一條布線規則也是筆者在很多年前學習EMC設計時的第一條規則。無奈時間太瘦，指縫太寬，若干年過去了，方才想到通過CST仿真來驗證這個規則。雖然是個很簡單的仿真，但一番操作下來，方知紙上得來終覺淺。

下面我們通過CST 3D仿真，驗證共模電感正下方的GND對電源端口共模濾波的影響。

• 仿真模型

這是個老生常談的問題，共模電感正下方的GND平面會因為近場耦合導致共模電感的濾波效果大打折扣。下圖為共模濾波電路GND布線示意圖。

共模濾波電路3D模型如下圖所示。為了驗證共模電感和GND平面的耦合，這個仿真里的共模電感模型采用了真正的3D模型，共模電容采用TS模型。

• 仿真及結果分析

下面通過三個簡單的對比仿真來驗證該問題：

仿真一——共模阻抗仿真：驗證GND平面對共模阻抗的影響，電路模型如下圖所示。共模電感阻抗仿真方法參考：FAQ111：如何利用CST仿真共模電感的差、共模阻抗

結果分析：該仿真去掉了濾波電路中的共模電容，旨在驗證GND平面對共模阻抗的影響。通過對比可知，GND平面對CE高頻段的共模阻抗影響較大。

仿真二——濾波電路共模插損仿真：驗證有共模電容的情況下，地平面對濾波電路插損的影響，電路模型如下圖所示。

結果分析：共模電感正下方的GND平面對CE高頻段的濾波插損影響較大。

仿真三----共模傳導噪聲對比仿真：采用等效共模噪聲源作為激勵源，驗證地平面對傳導噪聲的影響，電路模型如下圖所示。

結果分析：如果前面兩個仿真的對比結果不是很直觀，那么下圖能夠滿足EMC工程師的所有想象。如下圖所示，共模電感正下方GND會減弱CE高頻段的濾波效果。