【導(dǎo)讀】馬永健老師是EMC領(lǐng)域中的著名專家，在2014安防電子技術(shù)研討會(huì)暨第十七屆電路保護(hù)與電磁兼容技術(shù)研討會(huì)上，馬老師詳細(xì)的講解分析了EMC設(shè)計(jì)中最棘手的案例，并講解了有關(guān)于EMC的全新認(rèn)識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)回答了一些工程師們提出的問題，物超所值！快來看看吧！絕對(duì)有料！
功能設(shè)計(jì)完了以后進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，不過進(jìn)行整改，為什么會(huì)有這種現(xiàn)象？我了解了現(xiàn)在有些企業(yè)已經(jīng)有EMC工程師了。我這次去了以后，至少有幾家企業(yè)讓我給他介紹EMC工程師，因?yàn)檎褽MC工程師比較難，原因是國內(nèi)目前所有的企業(yè)在EMC設(shè)計(jì)這一塊是游擊戰(zhàn)，誰的經(jīng)驗(yàn)多誰設(shè)計(jì)出來的就好一點(diǎn)，但是一次通過率很低，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完了以后進(jìn)行一次性實(shí)驗(yàn)，一次性通過的很低，為什么？今天咱們講的很多是芯片，如果你選了好芯片，同時(shí)把EMC設(shè)計(jì)好，你的電子兼容基本上就解決了。因?yàn)闆]有整體效果可以考慮的，只有依靠選好芯片，同時(shí)進(jìn)行處理才能處理好。
這種現(xiàn)象的原因是什么？元器件本身的電子兼容性。這是金屬膜電阻的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系。大家看，在低頻的時(shí)候完全是一條直線，但是到高頻以后，電感效應(yīng)出來了，這點(diǎn)很多人是不太注意的。同樣，電容是這樣子，電感也是這樣子，電容曲線是倒V形的。這個(gè)大家在使用過程中可能不太關(guān)注這個(gè)事，這是個(gè)芯片的梯形脈沖時(shí)域波形，實(shí)際上真正出問題的是在這個(gè)地方，如果把這個(gè)問題處理好了，現(xiàn)在好多問題就不會(huì)出現(xiàn)。這是芯片參數(shù)的對(duì)照表，這個(gè)在使用過程中是有的，這個(gè)東西有什么用我后面會(huì)講。大家都知道這是差模效應(yīng)，一個(gè)信號(hào)的環(huán)路就會(huì)對(duì)外輻射場(chǎng)強(qiáng)，在一定情況下，如果說環(huán)路比較大的話，輻射的場(chǎng)強(qiáng)與環(huán)路面積成正比，那么對(duì)外輻射場(chǎng)強(qiáng)就大。這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。對(duì)外有連接導(dǎo)線，這樣的對(duì)外連接導(dǎo)線有一個(gè)向外輻射，這樣的話共模的效應(yīng)就出來了。
在設(shè)計(jì)的時(shí)候，期間的選型考慮不周到，應(yīng)該怎么做呢？我在端口的時(shí)候加上一個(gè)干音壁，什么意思？就是把整個(gè)平面里面端口這個(gè)地方不布置任何器件，與內(nèi)部的數(shù)字臂也好，功能臂也好進(jìn)行隔離，架橋連接，這樣外面的噪音進(jìn)不來，里面的噪聲出不去，這就是干音壁的效應(yīng)。這個(gè)地方本身是空的，我們這個(gè)企業(yè)有好多設(shè)計(jì)師想方設(shè)法地把這個(gè)地方添滿，這是沒必要的，而且也不方便。那我為何不設(shè)計(jì)一個(gè)干音壁呢？這樣的話就可以把傳導(dǎo)的問題解決。
還有一個(gè)問題，閉環(huán)路，我們之所以發(fā)生干擾，共模效應(yīng)，就是因?yàn)橛袀€(gè)閉環(huán)路存在。如果閉環(huán)路很小，或者阻抗很小，是零，即使通過再大的電流，有共模電壓降存在嗎？沒有共模電壓降也就不可能有對(duì)外模式。這在我們使用過程中需要注意的問題。
還有一個(gè)是分區(qū)布局，現(xiàn)在方向亂的，這個(gè)器件到處放。你要知道，電路也好，器件也好，有敏感器件，有噪聲器件。這個(gè)時(shí)候你在分區(qū)布局的時(shí)候一定要有序地安排。比如說高速路上有快車道和慢車道，我們國內(nèi)經(jīng)常堵車就是因?yàn)檐嚧﹣泶┤サ模覀兒芏嗳说较愀廴ミ^，香港的公路上車也不少。這個(gè)道理是一樣的，如果你的器件安排不當(dāng)，就會(huì)有耦合，有幾種耦合模式？一共有五種模式，其實(shí)有三種耦合模式都體現(xiàn)在這個(gè)線路板上了。
如果有序地分開，就可以減輕耦合效應(yīng)，有一點(diǎn)屏蔽效應(yīng)。把距離拉開，因?yàn)樵谶@一場(chǎng)范圍內(nèi)，場(chǎng)強(qiáng)的衰減是按照距離的平方和立方進(jìn)行衰減的，距離稍微拉開一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)衰減得就比較大，這樣子你就可以有效地把場(chǎng)強(qiáng)衰減下來，距離拉開一點(diǎn)效果就好一點(diǎn)。這個(gè)你們可以試一試，你可以把線路或者是器件拉開一點(diǎn)距離。我曾經(jīng)做過，應(yīng)該快一個(gè)月了，就在南山做實(shí)驗(yàn)，里面的東西是模塊，我把模塊移了一下距離，然后衰減的時(shí)候事半功倍。一個(gè)是大的產(chǎn)品，功率大，個(gè)大，另外一個(gè)是小的產(chǎn)品，小的產(chǎn)品是大的產(chǎn)品的1/6，但是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式是完全一樣的，大的產(chǎn)品通過了測(cè)試，小的怎么都通不過。我打開一看，就是因?yàn)榫嚯x太近了。我說把這個(gè)隔開，或者通過局部屏蔽進(jìn)行隔離就可以了，效果很好。這是3月份才做的一個(gè)實(shí)例。
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為什么會(huì)有這種現(xiàn)象呢？每個(gè)從驅(qū)動(dòng)端出去的信號(hào)最終都會(huì)回到驅(qū)動(dòng)端來，這點(diǎn)很重要，每一個(gè)信號(hào)包括電源，從驅(qū)動(dòng)端出去以后，不管走多遠(yuǎn)，最終從各種通路回來，一定要回到終端來，否則一個(gè)功能就完不成。而偏偏我們做單循環(huán)設(shè)計(jì)的時(shí)候，注意的是去線、回線，我們自己安排，多終端回路的時(shí)候忽視了這個(gè)現(xiàn)象。只管拉一根虛線，回線不管了，因?yàn)橥ㄟ^耦合效應(yīng)直接傳輸回來了，所以這就導(dǎo)致好多的回流面積很大的非常重要的原因，實(shí)際上是無意識(shí)造成的。我曾經(jīng)去過一個(gè)單位，他超標(biāo)超得很厲害。他們回流面積很小，我說你考慮傳輸線的前頭上有多少槽，多少器件進(jìn)行隔離的。
為什么有這種現(xiàn)象呢？就是因?yàn)樗械男盘?hào)頻率不一樣，傳輸漏洞是不一樣的，隨著頻率越來越高，會(huì)按照最小阻抗路徑回流。這是比較形象的，信號(hào)層和回流層，層間距，厚度很薄很薄，傳輸信號(hào)這么傳過來，在回流的時(shí)候直接就回來了，直線頻率最短，阻抗最小。高頻的時(shí)候不一樣了，從這邊回來了以后，它按照這條線緊著地平面回來，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)間的阻抗最小。這點(diǎn)是需要嚴(yán)格注意的，如果在設(shè)計(jì)過程中回流徑搞不清楚，那你就不知道線跑哪去了，回流面積最小化就實(shí)現(xiàn)不了。
這個(gè)圖是什么意思呢？這是數(shù)據(jù)區(qū)域，這是模擬區(qū)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換或者兩個(gè)區(qū)域。中間有個(gè)隔離，數(shù)字區(qū)域和模擬區(qū)域要分割開，很大部分的人是這樣做的。我這個(gè)數(shù)字線跨過分割區(qū)到模擬區(qū)以后，可是回流線怎么回？因?yàn)檫@中間是斷的，這回不來了，隔斷了，從哪回來的？哪里能回來的路徑它自己找，這樣它繞到哪去了，說不清楚了。這是導(dǎo)致很多數(shù)模轉(zhuǎn)換不成功或者干擾非常大的非常重要的原因，你們可以檢查你們的線路是不是有這種現(xiàn)象存在。
解決這個(gè)問題，第一個(gè)統(tǒng)一地，第二個(gè)把數(shù)字線直接在數(shù)字區(qū)域布置，不要跑到模擬區(qū)域去。第三，把兩個(gè)地聯(lián)通，我專門用一個(gè)回流線搭過去。這是在設(shè)計(jì)中間出現(xiàn)的問題。傳輸線傳動(dòng)要求很嚴(yán)格，傳輸線路越短，上升時(shí)間越小，對(duì)外回流場(chǎng)強(qiáng)就越大。所以設(shè)計(jì)的時(shí)候，排線的傳輸線長度計(jì)算公式是不一樣的，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要計(jì)算一下。不能說師傅就是這么告訴我的，我就這么做。所以要算一下，看看長度夠不夠。我發(fā)現(xiàn)很多企業(yè)線明明可以短一點(diǎn)，他說我為了方便，就把線加長了。當(dāng)然了確實(shí)是方便，因?yàn)闆]有什么干涉，但是為了方便影響了反射，上沖、下沖，另外回路面積也大了，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。
給大家講一個(gè)比較簡單的屏蔽效應(yīng)，我剛才講了屏蔽三種模式，一種模式是加一個(gè)罩殼，這個(gè)問題不大，我加一個(gè)金屬罩殼就屏蔽了。另外一種模式是進(jìn)行衰減，這也是一種屏蔽模式。第三種模式，在兩個(gè)信號(hào)線之間加上地線，這個(gè)地線就相當(dāng)于屏蔽線，這叫導(dǎo)線屏蔽。一個(gè)是加上地線，另外一個(gè)是把地線去掉，背面加上大面積地線，這也是一種屏蔽模式，這種模式非常管用。
設(shè)計(jì)過程中對(duì)一種不同的器件，我們要求前面加一個(gè)電容，后面加一個(gè)電容，中間加一個(gè)磁珠。所有的這些東西大家都是做的，甚至這些概念都很清楚，但要真正連貫起來難度就大了。對(duì)整個(gè)產(chǎn)品來講，電磁兼容性設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)：1.新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，2.產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)，3.元器件的EMC選型指南，4.EMC接地設(shè)計(jì)，5.EMC屏蔽設(shè)計(jì)，6.EMC濾波設(shè)計(jì)，7.PCB的EMC設(shè)計(jì)，8.典型產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)，9.EMC設(shè)計(jì)檢查表。
我們說電容，各種不同的情況下容值計(jì)算是不一樣的。連接器咱們經(jīng)常用，連接器的這些參數(shù)你是要知道的，這些東西是直接影響電子兼容的，不同的連接器是不一樣的，它的核心阻抗也是不一樣的，在過程中你要怎么做都是有規(guī)范的。我們今天講了很多芯片，它的特性是怎么樣的，怎么樣進(jìn)行選型，有什么特點(diǎn)，這些都是要掌握的。至少你知道一個(gè)事，我拿一個(gè)芯片來，你說芯片怎么好，這些參數(shù)要提供給我，看它到底是好還是不好。
產(chǎn)品做完了有個(gè)問題，做完了以后是分階段進(jìn)行的，不是一條線做完的，是分階段進(jìn)行的。在哪一個(gè)階段怎么樣進(jìn)行檢查，就是從這來，1.產(chǎn)品原理圖設(shè)計(jì)檢查表，2.PCB設(shè)計(jì)檢查表，3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢查表，4.軟件設(shè)計(jì)檢查表，5.設(shè)計(jì)審核檢查表。
我剛才舉的例子，本來一個(gè)大個(gè)的產(chǎn)品通過了這個(gè)測(cè)試，但是個(gè)子變小了以后通不過了，明明是一樣的，結(jié)構(gòu)、零件、器件都是一樣的，就因?yàn)榭臻g大小不一樣變化那么大。你校對(duì)的時(shí)候怎么校對(duì)？相應(yīng)的措施要怎么處理？電磁兼容評(píng)價(jià)對(duì)和錯(cuò)很難，但是可以評(píng)價(jià)好和不好，你做得好一點(diǎn)，你的一次性通過率80%，我的一次性通過率20%，那么我設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品一次通過率是80%，70%，那效果完全是不一樣的。既然你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通過率是70%，80%的話，為什么不把你的經(jīng)驗(yàn)貢獻(xiàn)出來？放到一個(gè)平臺(tái)上讓大家共享呢？
這需要有一個(gè)培訓(xùn)過程，不是光講，我剛才講的那些，不同的情況，電磁兼容很復(fù)雜，不同的情況下有不同的選擇，電容的容值計(jì)算有9個(gè)，你用哪一項(xiàng)來算？你給我講清楚是用哪一項(xiàng)來算的，你怎么樣算，我也按照這個(gè)模式算，我知道你怎么選的，我就可以給你校對(duì)，可以給你審核，否則分不出來，不是光肉眼可以看得出來的。所以我們要建立一個(gè)評(píng)審制度，不同的等級(jí)評(píng)審是不一樣的。電磁兼容工程師或者總工辦找一個(gè)人專門來做這個(gè)工作，做得好一點(diǎn)可以。
還有一個(gè)問題在哪呢？很多單位已經(jīng)做了設(shè)計(jì)審核檢查表，但是幾百個(gè)工程師設(shè)計(jì)，可審核的時(shí)候一個(gè)人顧得過來嗎？我進(jìn)行重點(diǎn)控制，我搞了一個(gè)設(shè)計(jì)審核重點(diǎn)控制，我把幾個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，不同的層級(jí)控制的要點(diǎn)不一樣，這樣子就可以大家來進(jìn)行信息共享。如果說我是總管，或者我是項(xiàng)目經(jīng)理，我自己巡查一遍不太放心，你就連夜24小時(shí)開辦，把前面的全部再檢查一遍。我這里有一個(gè)圖例，你們可以看看是怎么做的，提供給你們一個(gè)思路。把整個(gè)設(shè)計(jì)過程中由設(shè)計(jì)工程師自查，然后要求專門的電子兼容設(shè)計(jì)工程師復(fù)核你做到還是沒做到，分得很細(xì)很細(xì)，然后把復(fù)核的意見對(duì)、錯(cuò)，或者你同意不同意，如果表列不上，你拉多一點(diǎn)嘛。因?yàn)殡娮蛹嫒莨こ處煟辽賹?duì)我來講，我肯定比設(shè)計(jì)師的水平高，電子兼容工程師告訴你這個(gè)地方做得好像有點(diǎn)不太合適，咱們商量一下是不是改一改，這樣經(jīng)驗(yàn)就積累過來了。我也不用跟你吵架，也不用說你做到還是沒做到
。我給你們看這有多少頁？21頁，記不住吧，但是我一個(gè)表格拿出來逐條對(duì)，簡單吧。這樣做了以后就容易多了。同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣的，包括軟件檢查，怎么審核？按照工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)控制進(jìn)行測(cè)試。不同的產(chǎn)品，不同的標(biāo)準(zhǔn)，不同的形式，審核標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，國標(biāo)是19項(xiàng)，不是說每一項(xiàng)都要接地、屏蔽，不是那么回事兒。某幾項(xiàng)要重點(diǎn)考慮接地，這樣控制以后大部分問題都解決掉，當(dāng)然其他方面也要考慮，但這是要重點(diǎn)考慮的。但是有一些，比如天線這塊加上濾波，那么選擇接地線要控制好，雷達(dá)本身就是一個(gè)很好的分區(qū)屏蔽的格式，你還要加大外罩，不是那么回事。不同的產(chǎn)品，室內(nèi)的，室外的，臺(tái)式的，立式的，車載的，機(jī)載的，陸軍、海軍、空軍，不同的情況設(shè)計(jì)要點(diǎn)是不一樣的。你在設(shè)計(jì)過程中你要考慮你的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式是什么，你的標(biāo)準(zhǔn)是什么，控制的要點(diǎn)是什么，那你就好審核了。
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如果有實(shí)驗(yàn)室的人可以看一看，關(guān)鍵有一個(gè)預(yù)測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)的時(shí)候一定要有一個(gè)預(yù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，不能說到最后再去試驗(yàn)，那時(shí)候代價(jià)就太大了。不要把實(shí)驗(yàn)室的那些標(biāo)準(zhǔn)拿出來，但是試驗(yàn)的特點(diǎn)是什么，你在試驗(yàn)過程中關(guān)注的是什么，這個(gè)要心里有數(shù)。你們可能更感興趣的是這個(gè)，騷擾源的定位。產(chǎn)品內(nèi)的主要電磁騷擾源是什么，這個(gè)你要清楚，我把騷擾源源頭控制，把傳播途徑切斷，這是你需要知道的東西，否則就累了。
同一個(gè)試品存在不同測(cè)試結(jié)果的原因，這個(gè)一定要進(jìn)行分析，確實(shí)有這個(gè)現(xiàn)象，這是客觀存在的，我在A實(shí)驗(yàn)室做的，B實(shí)驗(yàn)室結(jié)果不一樣，確實(shí)有這個(gè)現(xiàn)象，這是很正常的現(xiàn)象。在試驗(yàn)過程中問題整改怎么做，不同的情況怎么做，這些控制要點(diǎn)在哪？寬帶的，監(jiān)測(cè)的，直通的，泄露的，傳導(dǎo)的，輻射的，靜電，所有的這些都有自己的特點(diǎn)。出了問題大概在什么位置，出了什么問題。咱們知道，整改首先是定位，只要定位正確，做起來就很簡單。如果定位不好，做起來就很難了。騷擾源的定位非常重要。我們的目的是什么？不同的行業(yè)，不同的環(huán)節(jié)，不同的設(shè)計(jì)師，在中間各取所需。這個(gè)完全把我設(shè)計(jì)過程中遇到的問題提綱挈領(lǐng)地全部羅列出來了，設(shè)計(jì)師做的時(shí)候不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)就行了，駕輕就熟一點(diǎn)，節(jié)省一點(diǎn)時(shí)間，效果好一點(diǎn)。我就講這么多吧，謝謝大家！
現(xiàn)場(chǎng)提問：
提問：今天我們講EAC的問題是最多的，MIE有個(gè)問題，這個(gè)問題是什么呢？我們打接觸的時(shí)候有三種現(xiàn)象，當(dāng)我們把接地槍靠近這個(gè)的時(shí)候關(guān)機(jī)了，第二個(gè)問題是死機(jī)，就是機(jī)器停在那里不動(dòng)，第三個(gè)現(xiàn)象是一打的時(shí)候屏幕上面有橫條，對(duì)這三個(gè)現(xiàn)象我們能不能判定電路是在哪個(gè)地方，我們能不能確定整改方向是哪個(gè)電路有問題？
馬永健：我這樣說吧，一個(gè)信號(hào)進(jìn)來以后，你記住環(huán)路大了以后，環(huán)路大就是接收天線，等于是打了靜電以后，中間放電的時(shí)候直接打到環(huán)繞上去，然后芯片的端口可能跳或者是死機(jī)。如果嚴(yán)格說要設(shè)計(jì)好或者小一點(diǎn)，再不行就進(jìn)行端口處理。
提問：我們直接用槍打那個(gè)地也是一樣，一碰就關(guān)機(jī)或者是干擾。
馬永健：有一個(gè)問題要搞清楚，不要管打到哪個(gè)地方，因?yàn)榇虻降厣弦院螅值叫酒亩丝谏先ァＨ绻麤]有端口，光打到線路上是沒有什么用的。如果是改設(shè)備的時(shí)候，芯片的端口要怎么處理，加上TBS管比較好一點(diǎn)，如果不行的話前面加上慈珠先過一下。
提問：我們?cè)谡牡臅r(shí)候，這方面的問題碰到比較多，但是根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在打地的時(shí)候出現(xiàn)這個(gè)問題是很難搞的。
馬永健：你把接地點(diǎn)換個(gè)地方，還是把環(huán)比減小。
提問：我們的MCU是系統(tǒng)控制，數(shù)字線或者是一些控制器非常靈敏，你一打地上有一個(gè)波度，可能造成機(jī)器內(nèi)部的軟件復(fù)位或者是關(guān)機(jī)。
馬永健：因?yàn)闆]有看到實(shí)際產(chǎn)品，只能是從原理上講。
提問：這個(gè)問題是目前比較多的。
馬永健：還有一個(gè)辦法，把地浮起來。
提問：我們也做過實(shí)驗(yàn)，把板子的層再多加一層，我們鋪一塊大的薄膜在上面，這個(gè)時(shí)候測(cè)試確實(shí)有改善。
馬永健：如果說在放靜電的時(shí)候，多鋪層地就是防靜電的最有效措施。為什么？還是一句話，閉環(huán)路小了。
提問：另外電路方面有很多問題。
馬永健：如果產(chǎn)品已經(jīng)出來了就得想辦法在端口上加TPS管，加磁珠。要看產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)到底是怎么樣的。
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