EMC設計是在產(chǎn)品設計過(guò)程中,利用一定的設計技巧和額外的技術(shù)手段使產(chǎn)品的EMC性能(包括產(chǎn)品的抗干擾能力和產(chǎn)品的騷擾水平)提高,并能在一定環(huán)境中,按照產(chǎn)品的設計期望正常運行。EMC設計不能像硬件電路設計,結構設計,軟件設計等設計活動(dòng)可以單獨存在,它是依附于產(chǎn)品其它的產(chǎn)品設計活動(dòng)中的一種特殊的活動(dòng)。如果暫時(shí)把通過(guò)EMC測試作為短期工程目標的話(huà),那么對EMC設計活動(dòng)進(jìn)行分類(lèi),那么主要包括:
(1)、產(chǎn)品的EMC標準和需求分析;
(2)、產(chǎn)品機械結構構架的EMC設計,包括電纜部分的設計;
(3)、電路原理圖的EMC設計;
(4)、PCB的EMC設計;
(5)、EMC測試過(guò)程中出現問(wèn)題的改進(jìn)。
EMC設計水平的四個(gè)階段
筆者認為,面向EMC測試通過(guò)的EMC設計的境界水平,會(huì )經(jīng)歷4個(gè)階段:
第一階段:整改階段
此階段是產(chǎn)品EMC設計的初級階段。在這個(gè)階段下,產(chǎn)品的第一輪設計過(guò)程中,并不會(huì )考慮EMC方面的問(wèn)題,等到產(chǎn)品功能調試完成,樣機出來(lái)后進(jìn)行EMC測試時(shí),才發(fā)現EMC問(wèn)題的存在,于是通過(guò)采用各種臨時(shí)措施使產(chǎn)品通過(guò)EMC測試。用這種方法即使產(chǎn)品最終達到了標準規定的EMC要求,常常也會(huì )因要進(jìn)行較大的改動(dòng),導致較高的成本。如,因為屏蔽問(wèn)題往往會(huì )涉及結構模具改動(dòng),又如,因為接口濾波問(wèn)題就會(huì )對產(chǎn)品原理圖進(jìn)行改動(dòng),同時(shí)導致PCB的重新設計,還有可能會(huì )因為系統接地問(wèn)題,會(huì )對整個(gè)產(chǎn)品系統重新做調整,重新設計。深圳有一家著(zhù)名的儀器企業(yè)某款產(chǎn)品由于EMC問(wèn)題整改導致產(chǎn)品延遲海外上市一年,同時(shí)研發(fā)費用增加五百萬(wàn)元人民幣!這種通過(guò)研發(fā)后期測試發(fā)現問(wèn)題然后再對產(chǎn)品進(jìn)行的測試修補的方法,往往會(huì )導致企業(yè)產(chǎn)品不能及時(shí)取得認證而上市。它是目前很多走向國際市場(chǎng)公司研發(fā)部門(mén)所面臨的困惑。整改的概念與企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程也不符合。處在這個(gè)階段的企業(yè)有個(gè)典型的需求就是:成本不想再增加了、產(chǎn)品模具也不能改了、PCB也不想再改板了,但是希望EMC測試能通過(guò)。
第二階段:技術(shù)應用階段
這個(gè)階段,企業(yè)一般已經(jīng)有了一定EMC的技術(shù),并有時(shí)還會(huì )有專(zhuān)職的EMC工程師負責EMC工作,與其它開(kāi)發(fā)人員一起在產(chǎn)品功能設計的同時(shí)考慮EMC問(wèn)題,如,在產(chǎn)品設計時(shí)會(huì )考慮濾波、屏蔽、接地等。企業(yè)的產(chǎn)品工程師還會(huì )通過(guò)短期的培訓以掌握EMC設計的基本方法,甚至有些企業(yè)會(huì )將EMC設計與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的流程結合在一起。能從設計流程的早期階段就導入一定的EMC設計策略,從產(chǎn)品設計源頭考慮EMC問(wèn)題,這與整改階段使用后期整改的方法來(lái)解決產(chǎn)品所有的EMC問(wèn)題已經(jīng)有了很大的進(jìn)步,不但減少許多不必要的人力及研發(fā)成本,而且也縮短產(chǎn)品上市周期。但是,處于這個(gè)階段的EMC設計方法,也有很多局限性,具體表現在:
l 參與EMC設計的工程人員掌握了一些EMC設計原理和理論知識,如,他們懂得如何設計濾波器、如何設計屏蔽,如何進(jìn)行PCB布線(xiàn)布線(xiàn),如何防止串擾等,但是他們往往缺乏如何結合產(chǎn)品系統的特點(diǎn),從產(chǎn)品系統機械構構上來(lái)考慮EMC問(wèn)題的能力;
l 設計過(guò)程中沒(méi)有引入風(fēng)險的意識,也沒(méi)有風(fēng)險評估與分析手段,因此不能預測后期會(huì )產(chǎn)生后果。知道此方法有好處,但是不知道是否是必不可缺的,也就是說(shuō)沒(méi)有量的把握。這種情況下常常會(huì )出現“過(guò)設計”,導致產(chǎn)品設計成本增加;
l 設計太理論化,而且各個(gè)部分的設計相對分散。如,各種EMC性能非常好的模塊組合在一起不一定是一個(gè)EMC性能很好的系統;
l 沒(méi)有方法論的指導,因此,對于那些可以從多角度可以解釋的設計方案,很容易引起爭論。
其實(shí),這階段還是屬于技術(shù)應用的混濁狀態(tài),縱然設計人員已經(jīng)掌握了“技術(shù)”,但是還不能將其轉化為簡(jiǎn)單可行的“方法”,也很難實(shí)現一些仿真。目前大多數企業(yè)(而且是國內EMC技術(shù)比較領(lǐng)先或投入比較多的企業(yè))都處在這個(gè)狀態(tài)中。
第二階段:方法論階段
將1,2階段的整改和技術(shù)應用上升為一種方法論,將復雜深奧的EMC設計技術(shù)轉化為簡(jiǎn)單易懂的方法。通過(guò)方法論的系統指導,企業(yè)中的工程師可以系統的完成產(chǎn)品的EMC設計,并輸出詳細、系統的分析報告。分析有利有節,不但有充分的理論依據,而且還緊密與產(chǎn)品的特點(diǎn)結合在一起。如果說(shuō)上一階段的EMC設計是從技術(shù)本身出發(fā)的,那么這個(gè)階段強調產(chǎn)品的本身,并實(shí)現技術(shù)與產(chǎn)品緊密結合?!爱a(chǎn)品EMC設計分析方法”是EMC設計技術(shù)發(fā)展到這個(gè)階段的產(chǎn)物,它看上去似乎脫離的EMC技術(shù)本身,實(shí)質(zhì)上與EMC技術(shù)是密不可分的,方法論也是建立在各種“零散”技術(shù)的基礎上的。EMC風(fēng)險評估技術(shù)再一次把方法論上升到了可量化、可標準化的階段,可操作性和可預見(jiàn)性大大提高。
第四階段:仿真階段
EMC測試不是在現有的產(chǎn)品中提取一個(gè)數據,而是評判產(chǎn)品在特定場(chǎng)景下產(chǎn)生的結果,因此,EMC測試數據除了與產(chǎn)品本身相關(guān)之外,還與EMC場(chǎng)景相關(guān)(如,EMC測試布置、EMC實(shí)驗室參數等)。要想通過(guò)仿真預知EMC測試數據,設計人員需要做兩個(gè)準備工作:第一、在仿真軟件中建立EMC測試的場(chǎng)景,即EMC測試建模;第二、對被仿真的產(chǎn)品信息做減法,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是要把產(chǎn)品信息中那么些不影響EMC結果的信息去掉,把影響EMC結果的有用信息留下(若把所有的產(chǎn)品信息都輸入軟件,就會(huì )導致仿真軟件和電腦計算時(shí)間過(guò)長(cháng))。而做到這一次的關(guān)鍵就是掌握如何識別產(chǎn)品中與EMC結果相關(guān)的信息?!癊MC設計分析方法”和“風(fēng)險評估技術(shù)”是一種可以識別產(chǎn)品中EMC結果相關(guān)的信息的方法論??梢?jiàn),設計人員要很好的運用仿真軟件,建立一種符合產(chǎn)品實(shí)際情況的模型為產(chǎn)品設計服務(wù),就要用方法論。方法論是仿真的基礎和前提條件。它是產(chǎn)品EMC設計技術(shù)發(fā)展的最高階段,仿真軟件實(shí)現了方法論的電腦輔助自動(dòng)化設計,大大減輕人工的投入,這是EMC設計技術(shù)的最高境界。沒(méi)有方法論的指導,軟件仿真猶如失去了“靈魂”軀體,這也是很多企業(yè),在仿真軟件上投入了大量的人力、物力和時(shí)間,但是沒(méi)有取得突破性進(jìn)展的主要原因。
EMC設計水平行業(yè)現狀
目前大多數企業(yè)處于EMC設計技術(shù)境界的第一階段或第二階段,在EMC設計方面通常有如下?tīng)顩r:
1)、由于工程師大多沒(méi)有接受過(guò)系統的全面的EMC培訓,更沒(méi)有產(chǎn)品的EMC相關(guān)設計經(jīng)驗,遇到產(chǎn)品EMC設計問(wèn)題不知如何解決?因此經(jīng)常會(huì )有人看到有相當一部分產(chǎn)品工程師整天在整改產(chǎn)品,但往往不得其法,沒(méi)有思路,于是這些人成為了“背后看上去很忙的人”;
2)、企業(yè)內部沒(méi)有一套針對EMC設計的流程或方法,產(chǎn)品EMC性能的好壞也完全取決于個(gè)別產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師的素質(zhì)和經(jīng)驗,使得公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品EMC性能沒(méi)有一致性的保證。這種情況下,通常在某個(gè)環(huán)節出現問(wèn)題,就會(huì )導致產(chǎn)品在后期不能順利通過(guò)測試與認證,影響了產(chǎn)品的上市進(jìn)度,同時(shí)設計成本也很高;
3)、企業(yè)沒(méi)有一套EMC的責任體系,沒(méi)有專(zhuān)職的EMC專(zhuān)家或設計工程師。EMC涉及整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節,整個(gè)公司若沒(méi)有明確的責任人,也就沒(méi)有足夠的關(guān)注,同時(shí)也不能協(xié)調企業(yè)中各部門(mén),共同實(shí)現對產(chǎn)品最終EMC性能;
4)、由于目前業(yè)界的大部分EMC書(shū)籍、教學(xué)資料、培訓太偏向與EMC理論,導致企業(yè)中的開(kāi)發(fā)工程師即使學(xué)習過(guò)很多EMC知識,如濾波、接地、屏蔽等原理,但是面對實(shí)際的產(chǎn)品,往往難以下手。