EMC設計是在產品設計過程中,利用一定的設計技巧和額外的技術手段使產品的EMC性能(包括產品的抗干擾能力和產品的騷擾水平)提高,并能在一定環境中,按照產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可以單獨存在,它是依附于產品其它的產品設計活動中的一種特殊的活動。如果暫時把通過EMC測試作為短期工程目標的話,那么對EMC設計活動進行分類,那么主要包括:
(1)、產品的EMC標準和需求分析;
(2)、產品機械結構構架的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測試過程中出現問題的改進。
EMC設計水平的四個階段
筆者認為,面向EMC測試通過的EMC設計的境界水平,會經歷4個階段:
第一階段:整改階段
此階段是產品EMC設計的初級階段。在這個階段下,產品的第一輪設計過程中,并不會考慮EMC方面的問題,等到產品功能調試完成,樣機出來后進行EMC測試時,才發現EMC問題的存在,于是通過采用各種臨時措施使產品通過EMC測試。用這種方法即使產品最終達到了標準規定的EMC要求,常常也會因要進行較大的改動,導致較高的成本。如,因為屏蔽問題往往會涉及結構模具改動,又如,因為接口濾波問題就會對產品原理圖進行改動,同時導致PCB的重新設計,還有可能會因為系統接地問題,會對整個產品系統重新做調整,重新設計。深圳有一家著名的儀器企業某款產品由于EMC問題整改導致產品延遲海外上市一年,同時研發費用增加五百萬元人民幣!這種通過研發后期測試發現問題然后再對產品進行的測試修補的方法,往往會導致企業產品不能及時取得認證而上市。它是目前很多走向國際市場公司研發部門所面臨的困惑。整改的概念與企業產品開發流程也不符合。處在這個階段的企業有個典型的需求就是:成本不想再增加了、產品模具也不能改了、PCB也不想再改板了,但是希望EMC測試能通過。
第二階段:技術應用階段
這個階段,企業一般已經有了一定EMC的技術,并有時還會有專職的EMC工程師負責EMC工作,與其它開發人員一起在產品功能設計的同時考慮EMC問題,如,在產品設計時會考慮濾波、屏蔽、接地等。企業的產品工程師還會通過短期的培訓以掌握EMC設計的基本方法,甚至有些企業會將EMC設計與產品開發的流程結合在一起。能從設計流程的早期階段就導入一定的EMC設計策略,從產品設計源頭考慮EMC問題,這與整改階段使用后期整改的方法來解決產品所有的EMC問題已經有了很大的進步,不但減少許多不必要的人力及研發成本,而且也縮短產品上市周期。但是,處于這個階段的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,如何進行PCB布線布線,如何防止串擾等,但是他們往往缺乏如何結合產品系統的特點,從產品系統機械構構上來考慮EMC問題的能力;
l 設計過程中沒有引入風險的意識,也沒有風險評估與分析手段,因此不能預測后期會產生后果。知道此方法有好處,但是不知道是否是必不可缺的,也就是說沒有量的把握。這種情況下常常會出現“過設計”,導致產品設計成本增加;
l 設計太理論化,而且各個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EMC性能很好的系統;
l 沒有方法論的指導,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,這階段還是屬于技術應用的混濁狀態,縱然設計人員已經掌握了“技術”,但是還不能將其轉化為簡單可行的“方法”,也很難實現一些仿真。目前大多數企業(而且是國內EMC技術比較領先或投入比較多的企業)都處在這個狀態中。
第二階段:方法論階段
將1,2階段的整改和技術應用上升為一種方法論,將復雜深奧的EMC設計技術轉化為簡單易懂的方法。通過方法論的系統指導,企業中的工程師可以系統的完成產品的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,而且還緊密與產品的特點結合在一起。如果說上一階段的EMC設計是從技術本身出發的,那么這個階段強調產品的本身,并實現技術與產品緊密結合?!爱a品EMC設計分析方法”是EMC設計技術發展到這個階段的產物,它看上去似乎脫離的EMC技術本身,實質上與EMC技術是密不可分的,方法論也是建立在各種“零散”技術的基礎上的。EMC風險評估技術再一次把方法論上升到了可量化、可標準化的階段,可操作性和可預見性大大提高。
第四階段:仿真階段
EMC測試不是在現有的產品中提取一個數據,而是評判產品在特定場景下產生的結果,因此,EMC測試數據除了與產品本身相關之外,還與EMC場景相關(如,EMC測試布置、EMC實驗室參數等)。要想通過仿真預知EMC測試數據,設計人員需要做兩個準備工作:第一、在仿真軟件中建立EMC測試的場景,即EMC測試建模;第二、對被仿真的產品信息做減法,簡單地說就是要把產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(若把所有的產品信息都輸入軟件,就會導致仿真軟件和電腦計算時間過長)。而做到這一次的關鍵就是掌握如何識別產品中與EMC結果相關的信息?!癊MC設計分析方法”和“風險評估技術”是一種可以識別產品中EMC結果相關的信息的方法論??梢?,設計人員要很好的運用仿真軟件,建立一種符合產品實際情況的模型為產品設計服務,就要用方法論。方法論是仿真的基礎和前提條件。它是產品EMC設計技術發展的最高階段,仿真軟件實現了方法論的電腦輔助自動化設計,大大減輕人工的投入,這是EMC設計技術的最高境界。沒有方法論的指導,軟件仿真猶如失去了“靈魂”軀體,這也是很多企業,在仿真軟件上投入了大量的人力、物力和時間,但是沒有取得突破性進展的主要原因。
EMC設計水平行業現狀
目前大多數企業處于EMC設計技術境界的第一階段或第二階段,在EMC設計方面通常有如下狀況:
1)、由于工程師大多沒有接受過系統的全面的EMC培訓,更沒有產品的EMC相關設計經驗,遇到產品EMC設計問題不知如何解決?因此經常會有人看到有相當一部分產品工程師整天在整改產品,但往往不得其法,沒有思路,于是這些人成為了“背后看上去很忙的人”;
2)、企業內部沒有一套針對EMC設計的流程或方法,產品EMC性能的好壞也完全取決于個別產品開發工程師的素質和經驗,使得公司開發出來的產品EMC性能沒有一致性的保證。這種情況下,通常在某個環節出現問題,就會導致產品在后期不能順利通過測試與認證,影響了產品的上市進度,同時設計成本也很高;
3)、企業沒有一套EMC的責任體系,沒有專職的EMC專家或設計工程師。EMC涉及整個產品開發的各個環節,整個公司若沒有明確的責任人,也就沒有足夠的關注,同時也不能協調企業中各部門,共同實現對產品最終EMC性能;
4)、由于目前業界的大部分EMC書籍、教學資料、培訓太偏向與EMC理論,導致企業中的開發工程師即使學習過很多EMC知識,如濾波、接地、屏蔽等原理,但是面對實際的產品,往往難以下手。