Ansys EMI Receiver 使用介紹

本節將介紹如何使用 EMI Receiver 來做 Conducted Emission 的模擬介紹。

承上節的介紹，自23R2版本起，AEDT Circuit 已將 EMI 接收器模型納入資料庫中。然而，許多電力電子問題，還是有許多用戶會以 TwinBuilder 或 Simplorer 進行分析。本節筆者以一馬達驅動器的模擬來作範例示範，使用Simplorer作為電路軟體。是的，筆者想做一個示範，您不需要使用 Circuit 來模擬電路，但一樣能利用 Circuit 中的 EMI Receiver 模型來做分析。

EMI 模擬是一個不容易的工作，涉及多個細節重點，例如LISN的搭建、走線的寄生參數萃取、元件精確的建模...等要素，但本節不花篇幅詳細介紹。考慮過分析要素後，我們在Simplorer中搭建好電路，如圖2-10所示，筆者將利用此時域模擬結果來做示範。

圖2-10

• 完成時域電路模擬後，將 LISN 的電壓訊號匯出成 *.tab 的檔案格式。匯出時，建議將起始與終止的時間軸單位改成秒 (s)，以方便後續資料處理。另外一個重點是，時域分析通常會需要前面的收斂時間，在匯出的起始時間，建議要取穩態後的時間軸。

圖2-11

• 匯出的TAB檔案，可以用Excel或是Notpad++打開方便編輯。這邊有兩個步驟需要處理：一是刪除第一行；二是將調整時間軸將其歸零。

圖2-12

• 上述的兩個步驟能用Excel手動調整，另一個建議的方式是使用Python轉檔。為方便使用者轉檔，筆者也將轉換的主要Python程式放在下方給讀者參考。圖2-11是演示加上GUI介面後，執行此Python檔案，第一步先選取欲轉換的檔案，第二步再選擇欲輸出的檔案名稱和位置，即可完成轉檔。

// TAB EMIData Transfer.py

# -*- coding: utf-8 -*-
import pandas as pd
import tkinter as tk
from tkinter import filedialog, messagebox

def adjust_time_column(file_path, output_path):
    # 判斷檔案是 CSV 還是 TAB 格式
    sep = '\t' if file_path.endswith(('.tab', '.tsv', '.txt')) else ','
    
    # 讀取檔案，指定分隔符
    df = pd.read_csv(file_path, sep=sep)
    
    # 檢查時間單位並進行相應的調整
    if 'Time [s]' in df.columns:
        time_column = 'Time [s]'
        round_number=9
    elif 'Time [ms]' in df.columns:
        df['Time [ms]'] = df['Time [ms]'] / 1000  # 轉換為秒
        df.columns = ['Time [s]', 'V_LISN_R.V [V]']
        time_column = 'Time [s]'
        round_number=12
    elif 'Time [us]' in df.columns:
        df['Time [us]'] = df['Time [us]'] / 1000000  # 轉換為秒
        df.columns = ['Time [s]', 'V_LISN_R.V [V]']
        time_column = 'Time [s]'
        round_number=12
    elif 'Time [ns]' in df.columns:
        df['Time [ns]'] = df['Time [ns]'] / 1000000000  # 轉換為秒
        df.columns = ['Time [s]', 'V_LISN_R.V [V]']
        time_column = 'Time [s]'
        round_number=12
    else:
        messagebox.showerror("錯誤", "不支援的時間單位。請使用 [s], [ms], [us], 或 [ns] 單位。")
        return
    
    # 歸零處理，並控制精度
    first_time_value = df[time_column].iloc[0]    
    df[time_column] = (df[time_column] - first_time_value).round(round_number)
    
    # 儲存結果為TAB檔案
    df.to_csv(output_path, sep='\t', index=False, header=False)

def select_file():
    root = tk.Tk()
    root.withdraw()  # 隱藏主視窗

    file_path = filedialog.askopenfilename(
        title="選取檔案",
        filetypes=[("TAB 檔案", "*.tab;*.tsv;*.txt"), ("CSV 檔案", "*.csv")]
        )
    
    if file_path:
        output_path = filedialog.asksaveasfilename(
            title="儲存為TAB檔案",
            defaultextension=".tab",
            filetypes=[("TAB 檔案", "*.tab"), ("TAB 檔案", "*.tsv;*.txt")]
        )
        if output_path:
            adjust_time_column(file_path, output_path)
            messagebox.showinfo("完成", f"檔案已儲存為 {output_path}")

# 執行選取檔案的功能
select_file()

圖2-13

圖2-12 和圖2-13 分別是Excel和Python轉換的結果，因為軟體浮點數運算的關係，在Excel轉換時電壓精細度有些失真，但Python的不會。轉化的時候請小心數據的失真，有可能造成模擬的不準確發生。

• 打開AEDT Circuit，這裡會需要找出三個元件，分別是自定義電壓源、EMI RCVR、LISN 電阻。完成元件接線如圖2-14，再調整模擬時間軸，確認時間軸與模擬的時間軸一致。

圖2-14

• 完成Circuit模擬後，在 Report 創建 EMI Receiver 的報告。其中報告的細部設定請參考圖2-15。要提醒讀者的是在計算 Function 中，要選取 dBu。

圖2-15

圖2-15當中有RBW的選項，RBW是頻譜分析中用來決定頻率解析度的參數。它定義了接收器在頻率掃描時，每個頻率點的「視窗寬度」。它定義了接收器在頻率掃描時，每個頻率點的「視窗寬度」。

新版的AEDT會多了RBW Factor的選項，RBW Factor 用來設定：在一個 RBW 寬度內，取多少個頻率樣本（samples） 進行分析。會影響頻率掃描時的步進大小（Frequency Step Size），進而影響頻譜解析的精細程度與雜訊底。

頻率步進大小（Frequency Step Size）計算公式：Frequency Step Size=RBW×RBW Factor。

在 EMI Receiver 的設定中，RBW Factor 會影響每個解析頻寬（RBW）範圍內的取樣密度，進而改變頻率步進的精細程度與掃描結果的特性：

• 當 RBW Factor 設為 1.0 時，每個 RBW 區間內僅取 1 個樣本點，代表頻率步進為最大值。這種設定下，掃描速度最快，但頻率解析度較低，較不易分辨接近的干擾訊號。

• 當 RBW Factor 設為 0.5 時，每個 RBW 區間內會取 2 個樣本點，步進大小為中等。這是一種兼顧解析度與掃描效率的折衷設定，適合大多數一般用途的 EMI 分析。

• 當 RBW Factor 設為 0.25 時，每個 RBW 區間內會取 4 個樣本點，頻率步進為最小值。這種設定能提供最高的頻率解析度與更低的雜訊底，適用於需要精細觀察的測試場景，但相對掃描時間也會顯著增加。

如果想要建立法規 Limit Line，可以參考下表用 Excel 存成CSV檔案，再從Results 中 單擊滑鼠右鍵選擇 Import 匯入即可。或是在Results report中，滑鼠右鍵選擇Add Limit Line。

下表是 C2 Limit 的 QP 與 AV 法規線，給讀者參考。

以上是完整的 Ansys EMI Receiver 的模型使用介紹。有了這個工具，使用者不需要像上節介紹的，使用編碼方式運用數值方法轉換成頻域資料，大幅降低進入 EMI 模擬的門檻。

25R2 Simplorer EMI Receiver

上面的方法介紹了如何由Simplorer的模擬結果放入Designer中做使用，但如果擁有25R2版本的AEDT使用者，Simplorer已經內含了EMI Receiver的模型，能更方便的直接使用。如圖2-16所示。

圖2-16