Contribuição à análise de campos eletromagnéticos em dispositivos eletrônicos através de modelagem e simulação numérica de parâmetros de circuitos elétricos

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo a partir de parâmetros de circuitos elétricos, que proporcione determinar os campos elétricos emitidos por dispositivos eletrônicos. Para tanto, foram desenvolvidas duas metodologias capazes de atender os objetivos propostos. Na primeira metodologia, os parâmetros elétricos dos circuitos integrados (CI´s) são obtidos através dos modelos IBIS (Input Output Buffer Information Specification), e os parâmetros R, L, C das trilhas são extraídos utilizando software baseado no método dos momentos. Já, na segunda metodologia, os parâmetros elétricos dos CI´s e trilhas são obtidos através da conversão dos valores dos parâmetros S para valores de impedância e a teoria do comportamento não ideal de componentes no domínio da frequência. Para ambas as metodologias, o modelo da comutação interna dos circuitos integrados é considerado e um circuito elétrico é obtido. A partir dos circuitos elétricos obtidos, simulações dos sinais no domínio do tempo e da frequência são realizadas através da Transformada de Fourier. Os valores dos campos elétricos gerados pelos dispositivos eletrônicos são calculados através das harmônicas resultantes da análise de Fourier, em software baseado no método dos elementos finitos, onde um plano de teste é instituído para calcular os valores dos campos. No intuito de validar as metodologias desenvolvidas, ambas foram aplicadas para dispositivos eletrônicos com características de fontes emissoras, e medidas foram realizadas através de um osciloscópio digital, ponteira de campo próximo, célula transverso eletromagnética (GTEM) e receptor de campos. Comparando os resultados obtidos através das simulações e medidas, foi possível verificar uma similaridade entre os valores dos campos elétricos emitidos pelos dispositivos eletrônicos, comprovando a eficácia das metodologias propostas.

Abstract: The objective of this work is to develop a model based on electrical circuit parameters that can determine the electric fields emitted by electronic devices. Therefore, two methodologies were developed to meet the proposed objectives. In the first methodology, the electrical parameters of integrated circuits (IC) are obtained through the IBIS models (Input Output Buffer Information Specification), and the R, L, C parameters of the tracks are extracted using software based on the method of moments. In the second methodology, the electrical parameters of the IC and tracks are obtained through the conversion of the S parameters to impedance values, and theory of the non-ideal behavior of components in the frequency domain. For both methodologies, the internal switching model of the integrated circuits is considered, and an electric circuit is obtained. From the electrical circuits obtained, simulations of signals in the time and frequency domain are performed through the Fourier Transform. The values of the electric fields emitted by the electronic devices are calculated through the harmonics resulting from the Fourier analysis, using software based on the finite element method, where a test plane is established to calculate the field values. In the attempt to validate the methodologies developed, they were applied to electronic devices with characteristics of emitting sources, and measurements were performed through a digital oscilloscope, near field probe, transverse electromagnetic cell (GTEM) and field receiver. Comparing the results obtained through the simulations and measurements, it was possible to verify a similarity between the values of the electric fields emitted by the electronic devices, proving the effectiveness of the proposed methodologies.