从麦克斯韦方程出发，计算电路中的电磁现象，开发无噪音设备！学术资讯

来源：中科院半导体所

由大阪大学工程学研究生院的安部雅之教授和东京宏志教授领导的一组研究人员，开发了一种高精度的时域三维电路模拟器，用于量化电磁(EM)噪声并阐明其来源，以便进行电子和电气电路布局以降低EM噪声。在日常生活中，普通电器插入电压插座就会启动，当电器插上电源时，电势的“差”就会施加到插头上，产品中的电路就会被驱动。然而，电磁噪声来源于电势的“和”，这是我们通常不太注意的。

由于很难想象电势的“总和”在电路中产生的原因、地点和时间，因此噪声处理仅基于技术诀窍。这项研究结果不仅可以量化传统电路理论中通常使用的物理量的“差”，而且可以量化物理量的“和”，这可以作为电磁噪声现象的根源。随着用电设备的普及，我们的生活变得越来越方便，电磁噪声引起的问题风险也增加了。

因此，可视化电磁噪声的产生过程，并了解它是如何产生在尖端电路设计中是非常重要的。在这项研究中，该小组开发了一种量化导致电磁噪声物理量“总和”的计算方法，以及一种可以可视化噪声现象来源的模拟器。具体地说，是能够直接计算以标量势、电荷、矢量势和电流为变量的联立偏微分积分方程，这些变量是构成电路三维导体中的电磁物理量。

此外，该小组还开发了一种连接电路元件（电压源、电阻器等）的算法。以任意边界作为输入，这项研究中开发的方法，使可视化导电材料中的物理量如何随时间传播和变化成为可能。因此，可以直观地了解EM噪声产生的原因、地点和时间，并开发出从根本上消除EM噪声来源的电路设计，该方法还考虑了高精度确定电路特性的导体形状。

在演示实验中，观察了本研究开发的计算技术，以逼真地再现实验波形。未来，该小组将利用这项研究技术，阐明各种常用电路导体产生的电位“总和”造成电磁噪声现象，并将研究结果应用于无噪音电路设计。该研究小组的目标是实现一个“无噪音”设备，并期望理论和计算可以导致低功耗的无噪音设备。从麦克斯韦方程出发，计算了多层平面电路中的电磁现象。

研究提出了一种计算二维导体中电势和电流密度的数值方法，将其随时间发展看作是波的传播现象。与部分单元等效电路法类似，研将平面导体划分为小的有限体积单元，然后用时域有限差分方法求解输运方程。在此基础上，应用在多传输线中所用的方法，提出了一种多层平面边界的计算方法。描述了多层平面与集总参数电路耦合的边界条件，并从多传输线情况引入了一种算法来降低与二维扩展密切相关的计算代价。

研究/来自：大阪大学

参考期刊《科学报告》

DOI: 10.1038/s41598-019-53288-x

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1OTExNzkzNw==&mid=2650454366&idx=3&sn=2b242ed79e5b29492a2bfd729a3a5c6d

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn