電磁兼容(EMC)設(shè)計如何融入產(chǎn)品研發(fā)流程
作者： 日期：2015-12-11 瀏覽次數(shù)：1226次 來源：
1、業(yè)界面臨挑戰(zhàn)
如何使自己的產(chǎn)品滿足相應(yīng)市場中電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)要求，從而快速低成本的取得相關(guān)認(rèn)證，順利的進入目標(biāo)市場？這是每一個向國際化轉(zhuǎn)型公司研發(fā)都會面臨的問題與困惑，各個企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)部門面臨著巨大挑戰(zhàn)。
根據(jù)我們對業(yè)界大多電子企業(yè)的了解，目前企業(yè)在 EMC 設(shè)計方面的現(xiàn)狀是： “三個沒有”――產(chǎn)品工程師沒有掌握 EMC 設(shè)計方法、企業(yè)沒有產(chǎn)品 EMC 設(shè)計流程、企業(yè)沒有具體明確 EMC 責(zé)任人。主要表現(xiàn)在:
由于國內(nèi)研發(fā)工程師大多沒有接受系統(tǒng)的全面的 EMC 培訓(xùn)經(jīng)歷，更沒有電磁兼容產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗！遇到產(chǎn)品 EMC 設(shè)計問題不知如何解決？所以我們經(jīng)常看到有相當(dāng)一部分產(chǎn)品工程師整天在整改產(chǎn)品，但往往不得其法，沒有思路！
企業(yè)內(nèi)部沒有一套針對 EMC 設(shè)計流程，EMC 性能設(shè)計的好壞完全取決于個別產(chǎn)品開發(fā)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗，使得公司開發(fā)出來的產(chǎn)品電磁兼容性能沒有一致性的保證，通常都會在某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致產(chǎn)品多數(shù)在后期不能順利的通過測試與認(rèn)證，影響了產(chǎn)品的上市進度。根據(jù)我們初步調(diào)查，全國 90%以上的電子企
業(yè)沒有一套 EMC 設(shè)計、驗證流程。 企業(yè)沒有一套對 EMC 性能負(fù)責(zé)的責(zé)任體系，沒有專職的 EMC 設(shè)計工程師。因為 EMC 涉及整個產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)，整個公司沒有明確的責(zé)任人，也就沒有足夠的關(guān)注，同時也不能協(xié)調(diào)整個產(chǎn)品各部分相關(guān)共同對產(chǎn)品最終 EMC 性能負(fù)責(zé)！目前業(yè)界具有 EMC 設(shè)計的工程師很少，而企業(yè)里面有專職進行 EMC 設(shè)計崗位的就更少！
2、業(yè)界面臨問題
一個產(chǎn)品的設(shè)計主要經(jīng)歷總體規(guī)格方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、原理圖設(shè)計、PCB 設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試裝、摸底預(yù)測試、認(rèn)證幾個階段。目前業(yè)界很多公司都是在前期設(shè)計階段沒有考慮 EMC 方面問題，往往是在在產(chǎn)品樣機出來再進行 EMC 摸底測試，如果這時測試通過，則是比較幸運的。但很不幸的是，大多數(shù)情況下是不能測試通過的，這時出了問題進行整改并需要對產(chǎn)品重新設(shè)計，常常會要進行較大改動。
這個階段產(chǎn)品電磁兼容出現(xiàn)問題原因比較多，如果是因為屏蔽問題往往會涉及結(jié)構(gòu)模具改動，如果因為接口濾波問題就會對產(chǎn)品原理圖進行改動，同時導(dǎo)致 PCB 的重新設(shè)計，還有可能會因為系統(tǒng)接地問題，那就會對整個產(chǎn)品系統(tǒng)重新做調(diào)整，重新設(shè)計。深圳有一家著名的儀器企業(yè)某款產(chǎn)品由于電磁兼容問題整改導(dǎo)致產(chǎn)品延遲海外上市一年，同時研發(fā)費用增加五十萬元人民幣！
這種通過研發(fā)后期測試發(fā)現(xiàn)問題然后再對產(chǎn)品進行的測試修補法業(yè)界比較常見，但往往會導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)品不能及時取得認(rèn)證而上市，因此也是目前很多走向國際市場公司研發(fā)部門所面臨的困惑。出現(xiàn)這種現(xiàn)狀的根本原因是：沒有把 EMC 問題在產(chǎn)品設(shè)計前期解決！
3、系統(tǒng)流程法(System Flow Method)
產(chǎn)品工程師可以通過短期的培訓(xùn)以及通過積累經(jīng)驗基本掌握 EMC 設(shè)計的方法，但對于一個企業(yè)來講，目前迫切的是建立一套規(guī)范的 EMC 設(shè)計流程，把電磁兼容要求融入產(chǎn)品設(shè)計中去，這樣才能保證企業(yè)大多產(chǎn)品經(jīng)過這樣的流程順利通過測試認(rèn)證。如果能從設(shè)計流程的早期階段就導(dǎo)入正確 EMC 設(shè)計策略，同時研發(fā)工程師掌握正確的 EMC 設(shè)計方法，從產(chǎn)品設(shè)計源頭解決 EMC 問題，將可以減少許多不必要的人力及研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市周期。
業(yè)界很多專家對于產(chǎn)品 EMC 設(shè)計主要從技術(shù)點來講，如屏蔽、濾波、接地、PCB 設(shè)計等層面，但對于一個企業(yè)來講，這些都是一些技術(shù)知識點，理論描述，關(guān)鍵是如何在我們企業(yè)的研發(fā)流程中如何實施，同時如何把電磁兼容知識與我們產(chǎn)品設(shè)計結(jié)合，形成針對企業(yè)產(chǎn)品可操做的規(guī)范與 CHECKLIST(檢查控制表)？那么如何把 EMC 設(shè)計融入研發(fā)設(shè)計流程，我們根據(jù)國內(nèi)外著名公司的 EMC 設(shè)計流程整理總結(jié)出一套先進的流程，我們稱之為：系統(tǒng)流程法System Flow Method)系統(tǒng)流程法，即主要在研發(fā)流程中融入 EMC 設(shè)計理念，在產(chǎn)品設(shè)計的各個階段進行 EMC 設(shè)計控制，把可能出現(xiàn)的 EMC 問題在研發(fā)前期進行考慮；設(shè)計過程中主要從產(chǎn)品的電路（原理圖、PCB 設(shè)計） ，結(jié)構(gòu)與電纜，電源模塊，接地等方面系統(tǒng)考慮 EMC 問題，針對可能出現(xiàn) EMC 問題進行前期充分考慮，從而確保產(chǎn)品樣品出來后能夠一次性通過測試與認(rèn)證！
4、系統(tǒng)流程法簡介
系統(tǒng)流程法就是在產(chǎn)品設(shè)計的研發(fā)階段，從流程上進行設(shè)計控制，確保 EMC 的設(shè)計理念，設(shè)計手段在各個階段得以相應(yīng)的實施，另外 EMC 設(shè)計從產(chǎn)品的系統(tǒng)角度進行考慮，而不是單純的某個局部，只有這樣才能保證產(chǎn)品最終的 EMC 性能。
每個公司應(yīng)該建立一套 EMC 設(shè)計控制流程，同時支撐這個流程的需要相應(yīng)的 EMC 設(shè)計規(guī)范以及 EMC 設(shè)計查檢表，確保產(chǎn)品在研發(fā)過程各個階段，都能進行 EMC 設(shè)計控制。
系統(tǒng)流程法具體各個階段工作內(nèi)容如下：
產(chǎn)品總體方案設(shè)計
在總體方案設(shè)計階段要求對產(chǎn)品的總體規(guī)格進行 EMC 設(shè)計考慮，主要涉及產(chǎn)品銷售的目標(biāo)市場，以及需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求，同時注意后續(xù)潛在目標(biāo)市場的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求。基于以上對產(chǎn)品的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求提出產(chǎn)品的總體 EMC 設(shè)計框圖，并詳細(xì)制定產(chǎn)品 EMC 設(shè)計總體方案，如系統(tǒng)的屏蔽如何設(shè)計，系統(tǒng)整個電源拓?fù)浠A(chǔ)上濾波如何設(shè)計，產(chǎn)品的接地如何系統(tǒng)考慮等。
如果一款復(fù)雜數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品，產(chǎn)品定位了歐洲與日本市場，這樣就明確產(chǎn)品進入上述市場就必須通過 CE 與VCCI 認(rèn)證，就要考慮系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)屏蔽、電源以及信號接口濾波方案，整個系統(tǒng)的接地三個方面，從產(chǎn)品總體方案考慮來達到上述目標(biāo)市場認(rèn)證要求。這個階段產(chǎn)品研發(fā)人員提出 EMC 總體方案，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品詳細(xì)方案設(shè)計
在產(chǎn)品詳細(xì)方案設(shè)計階段主要提出對產(chǎn)品總體硬件 EMC 設(shè)計方案，如:電源接口，信號接口，電纜選型，接口結(jié)構(gòu)設(shè)計， 連接器選型等提出詳細(xì)的 EMC 設(shè)計與選型要求.確保后續(xù)實施過程中能夠重點關(guān)注注意這些要點。
如果我們設(shè)計一款醫(yī)療器械產(chǎn)品，就需要注意內(nèi)部數(shù)字電路模塊與模擬電路模塊的隔離，需要從內(nèi)部空間考慮數(shù)字電路對模擬電路的干擾，同時重點注意內(nèi)部電纜接口濾波處理。
這個階段產(chǎn)品硬件設(shè)計人員根據(jù)已有的規(guī)范提出 EMC 詳細(xì)方案，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品原理圖設(shè)計
在產(chǎn)品原理圖設(shè)計階段主要對產(chǎn)品內(nèi)部的主芯片的濾波電路設(shè)計，晶振電源管腳的濾波電路，時鐘驅(qū)動芯片的濾波電路設(shè)計，電源輸入插座的濾波電路設(shè)計，對外信號接口的濾波電路設(shè)計，以及濾波和防護元器件選型，單板功能地和保護地屬性的劃分，單板螺絲孔的屬性定義等提出詳細(xì)的方案，確保濾波、接地的EMC 手段在此階段進行實施。
我們通常設(shè)計以太網(wǎng)接口產(chǎn)品都會用到 25MHZ 或 125MHZ 時鐘， 那么對時鐘電路的濾波處理就是原理圖設(shè)計階段的重點，需要考慮時鐘電路的電源以及走線如何濾波，磁珠、電阻如何選擇。
這個階段產(chǎn)品硬件原理圖設(shè)計人員根據(jù)詳細(xì)方案要求進行 EMC 原理圖詳細(xì)方案設(shè)計，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品 PCB 設(shè)計
在產(chǎn)品 PCB 設(shè)計階段，主要考慮對 EMC 影響巨大的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵元器件的布局考慮以及高速數(shù)字信號布線。層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮高速信號與電源平面的回流。布局階段特別要考慮 PCB 上面的關(guān)鍵芯片器件擺放，如晶振位置，數(shù)字模擬電路設(shè)置，接口防護濾波電路的擺放，高頻濾波電容等擺放，PCB 的接地螺釘個數(shù)和位置設(shè)置，連接器的接地管腳設(shè)置，地平面和電源平面的詳細(xì)分割等。在布線階段將重點考慮高速不跨分割，關(guān)鍵敏感信號的走線保護，減小串繞等。
曾經(jīng)有一款產(chǎn)品由于晶振布局位置不當(dāng)，靠近接口電纜導(dǎo)致電磁兼容輻射發(fā)射項目測試超標(biāo)，就是因為在PCB 布局階段沒有考慮好晶振這樣關(guān)鍵器件的布局！
這個階段產(chǎn)品 PCB 設(shè)計人員根據(jù)公司相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求進行 PCB 單板的設(shè)計，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，主要針對產(chǎn)品需要滿足 EMC 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計方案，另外對屏蔽體之間的搭接設(shè)計，縫隙設(shè)計考慮，同時重點考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。
如果我們設(shè)計一款 ADSL 上網(wǎng)的終端產(chǎn)品，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計就有金屬架構(gòu)或塑料機構(gòu)選擇，這對與 EMC 屏蔽會導(dǎo)致有完全不同的結(jié)果！另外對于金屬屏蔽結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，需要考慮接口如 232、以太網(wǎng)口、USB 接口連接器與結(jié)構(gòu)搭接，保證搭接阻抗足夠小，否則會導(dǎo)致系統(tǒng) EMI 測試超標(biāo)！
這個階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)公司相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求進行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品初樣試裝
在產(chǎn)品初樣試裝階段，主要是對產(chǎn)品設(shè)計前期總體設(shè)計方案，詳細(xì)設(shè)計方案，PCB 布局設(shè)計以及結(jié)構(gòu)模型等各個環(huán)節(jié)的 EMC 設(shè)計控制措施的檢驗，看看前期提出設(shè)計方案的執(zhí)行程度；另外主要檢查檢查電路單板與結(jié)構(gòu)之間的配合，是否還存在 EMC 隱患，提前發(fā)現(xiàn)問題，便于后續(xù)做產(chǎn)品正樣的時候一起完善。
通常我們會在這個階段發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)加工工藝問題以及設(shè)備內(nèi)部電纜走線錯誤，需要更正。
這個階段主要是產(chǎn)品整機相關(guān)設(shè)計人員共同對產(chǎn)品樣品進行檢視評估，檢查出加工問題以及產(chǎn)品的 EMC 隱患，以便后續(xù)摸底測試與改進版本時完善。
產(chǎn)品 EMC 摸底驗證
在產(chǎn)品試裝完成后，如果沒有什么特別配合上面的問題，就可以對樣機按照總體設(shè)計方案預(yù)設(shè)的目標(biāo)市場的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進行 EMC 摸底測試， 看看產(chǎn)品是否能夠滿足預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求.前期設(shè)計方案能否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求都需要在這個階段驗證出來，如果還存在什么問題就需要把存在的問題定位出來，便于產(chǎn)品在下次 PCB 改板和結(jié)構(gòu)正樣的時候一起優(yōu)化更。
這個階段主要是 EMC 工程師共同按照產(chǎn)品銷售市場進行相應(yīng)的 EMC 摸底測試，如果有小問題就進行修改，沒有問題就可以根據(jù)市場開拓情況決定是否啟動認(rèn)證。
產(chǎn)品認(rèn)證
如果在產(chǎn)品按照預(yù)先設(shè)計的方案和方法 EMC 測試能夠通過，那么我們可以進行產(chǎn)品的認(rèn)證，如 CE、FCC、VCCI 等認(rèn)證。
5、系統(tǒng)流程法實施效果
系統(tǒng)流程法確實能夠真正幫助企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計源頭把 EMC 問題解決，為企業(yè)節(jié)省大量的人力物力！目前國內(nèi)外大公司的 EMC 設(shè)計都采取系統(tǒng)流程法，都取得很好的實施效果，通過流程建設(shè)都基本可以達到這樣一個宗旨：EMC 設(shè)計同步產(chǎn)品設(shè)計，一次性把事情做好！
