電磁兼容(EMC)設計如何融入產(chǎn)品研發(fā)流程
作者： 日期：2015-12-11 瀏覽次數：1035次 來(lái)源：
1、業(yè)界面臨挑戰
如何使自己的產(chǎn)品滿(mǎn)足相應市場(chǎng)中電磁兼容（EMC）標準要求，從而快速低成本的取得相關(guān)認證，順利的進(jìn)入目標市場(chǎng)？這是每一個(gè)向國際化轉型公司研發(fā)都會(huì )面臨的問(wèn)題與困惑，各個(gè)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)部門(mén)面臨著(zhù)巨大挑戰。
根據我們對業(yè)界大多電子企業(yè)的了解，目前企業(yè)在 EMC 設計方面的現狀是： “三個(gè)沒(méi)有”――產(chǎn)品工程師沒(méi)有掌握 EMC 設計方法、企業(yè)沒(méi)有產(chǎn)品 EMC 設計流程、企業(yè)沒(méi)有具體明確 EMC 責任人。主要表現在:
由于國內研發(fā)工程師大多沒(méi)有接受系統的全面的 EMC 培訓經(jīng)歷，更沒(méi)有電磁兼容產(chǎn)品的相關(guān)設計經(jīng)驗！遇到產(chǎn)品 EMC 設計問(wèn)題不知如何解決？所以我們經(jīng)?？吹接邢喈斠徊糠之a(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！
企業(yè)內部沒(méi)有一套針對 EMC 設計流程，EMC 性能設計的好壞完全取決于個(gè)別產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗，使得公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品電磁兼容性能沒(méi)有一致性的保證，通常都會(huì )在某個(gè)環(huán)節出現問(wèn)題，導致產(chǎn)品多數在后期不能順利的通過(guò)測試與認證，影響了產(chǎn)品的上市進(jìn)度。根據我們初步調查，全國 90%以上的電子企
業(yè)沒(méi)有一套 EMC 設計、驗證流程。 企業(yè)沒(méi)有一套對 EMC 性能負責的責任體系，沒(méi)有專(zhuān)職的 EMC 設計工程師。因為 EMC 涉及整個(gè)產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節，整個(gè)公司沒(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)調整個(gè)產(chǎn)品各部分相關(guān)共同對產(chǎn)品最終 EMC 性能負責！目前業(yè)界具有 EMC 設計的工程師很少，而企業(yè)里面有專(zhuān)職進(jìn)行 EMC 設計崗位的就更少！
2、業(yè)界面臨問(wèn)題
一個(gè)產(chǎn)品的設計主要經(jīng)歷總體規格方案設計、詳細設計、原理圖設計、PCB 設計、產(chǎn)品結構試裝、摸底預測試、認證幾個(gè)階段。目前業(yè)界很多公司都是在前期設計階段沒(méi)有考慮 EMC 方面問(wèn)題，往往是在在產(chǎn)品樣機出來(lái)再進(jìn)行 EMC 摸底測試，如果這時(shí)測試通過(guò)，則是比較幸運的。但很不幸的是，大多數情況下是不能測試通過(guò)的，這時(shí)出了問(wèn)題進(jìn)行整改并需要對產(chǎn)品重新設計，常常會(huì )要進(jìn)行較大改動(dòng)。
這個(gè)階段產(chǎn)品電磁兼容出現問(wèn)題原因比較多，如果是因為屏蔽問(wèn)題往往會(huì )涉及結構模具改動(dòng)，如果因為接口濾波問(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，那就會(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)品由于電磁兼容問(wèn)題整改導致產(chǎn)品延遲海外上市一年，同時(shí)研發(fā)費用增加五十萬(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)行的測試修補法業(yè)界比較常見(jiàn)，但往往會(huì )導致企業(yè)產(chǎn)品不能及時(shí)取得認證而上市，因此也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。出現這種現狀的根本原因是：沒(méi)有把 EMC 問(wèn)題在產(chǎn)品設計前期解決！
3、系統流程法(System Flow Method)
產(chǎn)品工程師可以通過(guò)短期的培訓以及通過(guò)積累經(jīng)驗基本掌握 EMC 設計的方法，但對于一個(gè)企業(yè)來(lái)講，目前迫切的是建立一套規范的 EMC 設計流程，把電磁兼容要求融入產(chǎn)品設計中去，這樣才能保證企業(yè)大多產(chǎn)品經(jīng)過(guò)這樣的流程順利通過(guò)測試認證。如果能從設計流程的早期階段就導入正確 EMC 設計策略，同時(shí)研發(fā)工程師掌握正確的 EMC 設計方法，從產(chǎn)品設計源頭解決 EMC 問(wèn)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(zhuān)家對于產(chǎn)品 EMC 設計主要從技術(shù)點(diǎn)來(lái)講，如屏蔽、濾波、接地、PCB 設計等層面，但對于一個(gè)企業(yè)來(lái)講，這些都是一些技術(shù)知識點(diǎn)，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(shí)施，同時(shí)如何把電磁兼容知識與我們產(chǎn)品設計結合，形成針對企業(yè)產(chǎn)品可操做的規范與 CHECKLIST(檢查控制表)？那么如何把 EMC 設計融入研發(fā)設計流程，我們根據國內外著(zhù)名公司的 EMC 設計流程整理總結出一套先進(jìn)的流程，我們稱(chēng)之為：系統流程法System Flow Method)系統流程法，即主要在研發(fā)流程中融入 EMC 設計理念，在產(chǎn)品設計的各個(gè)階段進(jìn)行 EMC 設計控制，把可能出現的 EMC 問(wèn)題在研發(fā)前期進(jìn)行考慮；設計過(guò)程中主要從產(chǎn)品的電路（原理圖、PCB 設計） ，結構與電纜，電源模塊，接地等方面系統考慮 EMC 問(wèn)題，針對可能出現 EMC 問(wèn)題進(jìn)行前期充分考慮，從而確保產(chǎn)品樣品出來(lái)后能夠一次性通過(guò)測試與認證！
4、系統流程法簡(jiǎn)介
系統流程法就是在產(chǎn)品設計的研發(fā)階段，從流程上進(jìn)行設計控制，確保 EMC 的設計理念，設計手段在各個(gè)階段得以相應的實(shí)施，另外 EMC 設計從產(chǎn)品的系統角度進(jìn)行考慮，而不是單純的某個(gè)局部，只有這樣才能保證產(chǎn)品最終的 EMC 性能。
每個(gè)公司應該建立一套 EMC 設計控制流程，同時(shí)支撐這個(gè)流程的需要相應的 EMC 設計規范以及 EMC 設計查檢表，確保產(chǎn)品在研發(fā)過(guò)程各個(gè)階段，都能進(jìn)行 EMC 設計控制。
系統流程法具體各個(gè)階段工作內容如下：
產(chǎn)品總體方案設計
在總體方案設計階段要求對產(chǎn)品的總體規格進(jìn)行 EMC 設計考慮，主要涉及產(chǎn)品銷(xiāo)售的目標市場(chǎng)，以及需要滿(mǎn)足的標準法規要求，同時(shí)注意后續潛在目標市場(chǎng)的 EMC 標準和法規的要求?；谝陨蠈Ξa(chǎn)品的 EMC 標準法規的要求提出產(chǎn)品的總體 EMC 設計框圖，并詳細制定產(chǎn)品 EMC 設計總體方案，如系統的屏蔽如何設計，系統整個(gè)電源拓撲基礎上濾波如何設計，產(chǎn)品的接地如何系統考慮等。
如果一款復雜數據通信產(chǎn)品，產(chǎn)品定位了歐洲與日本市場(chǎng)，這樣就明確產(chǎn)品進(jìn)入上述市場(chǎng)就必須通過(guò) CE 與VCCI 認證，就要考慮系統整體的結構屏蔽、電源以及信號接口濾波方案，整個(gè)系統的接地三個(gè)方面，從產(chǎn)品總體方案考慮來(lái)達到上述目標市場(chǎng)認證要求。這個(gè)階段產(chǎn)品研發(fā)人員提出 EMC 總體方案，品質(zhì)或專(zhuān)門(mén)的 EMC 工程師依據檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品詳細方案設計
在產(chǎn)品詳細方案設計階段主要提出對產(chǎn)品總體硬件 EMC 設計方案，如:電源接口，信號接口，電纜選型，接口結構設計， 連接器選型等提出詳細的 EMC 設計與選型要求.確保后續實(shí)施過(guò)程中能夠重點(diǎn)關(guān)注注意這些要點(diǎn)。
如果我們設計一款醫療器械產(chǎn)品，就需要注意內部數字電路模塊與模擬電路模塊的隔離，需要從內部空間考慮數字電路對模擬電路的干擾，同時(shí)重點(diǎn)注意內部電纜接口濾波處理。
這個(gè)階段產(chǎn)品硬件設計人員根據已有的規范提出 EMC 詳細方案，品質(zhì)或專(zhuān)門(mén)的 EMC 工程師依據檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品原理圖設計
在產(chǎn)品原理圖設計階段主要對產(chǎn)品內部的主芯片的濾波電路設計，晶振電源管腳的濾波電路，時(shí)鐘驅動(dòng)芯片的濾波電路設計，電源輸入插座的濾波電路設計，對外信號接口的濾波電路設計，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的方案，確保濾波、接地的EMC 手段在此階段進(jìn)行實(shí)施。
我們通常設計以太網(wǎng)接口產(chǎn)品都會(huì )用到 25MHZ 或 125MHZ 時(shí)鐘， 那么對時(shí)鐘電路的濾波處理就是原理圖設計階段的重點(diǎn)，需要考慮時(shí)鐘電路的電源以及走線(xiàn)如何濾波，磁珠、電阻如何選擇。
這個(gè)階段產(chǎn)品硬件原理圖設計人員根據詳細方案要求進(jìn)行 EMC 原理圖詳細方案設計，品質(zhì)或專(zhuān)門(mén)的 EMC 工程師依據檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品 PCB 設計
在產(chǎn)品 PCB 設計階段，主要考慮對 EMC 影響巨大的層疊結構設計、關(guān)鍵元器件的布局考慮以及高速數字信號布線(xiàn)。層疊結構設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，數字模擬電路設置，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(gè)數和位置設置，連接器的接地管腳設置，地平面和電源平面的詳細分割等。在布線(xiàn)階段將重點(diǎn)考慮高速不跨分割，關(guān)鍵敏感信號的走線(xiàn)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，靠近接口電纜導致電磁兼容輻射發(fā)射項目測試超標，就是因為在PCB 布局階段沒(méi)有考慮好晶振這樣關(guān)鍵器件的布局！
這個(gè)階段產(chǎn)品 PCB 設計人員根據公司相關(guān)設計規范要求進(jìn)行 PCB 單板的設計，品質(zhì)或專(zhuān)門(mén)的 EMC 工程師依據檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品結構設計方案
在產(chǎn)品結構方案設計階段，主要針對產(chǎn)品需要滿(mǎn)足 EMC 法規標準，對產(chǎn)品采用什么屏蔽設計方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設計方案，另外對屏蔽體之間的搭接設計，縫隙設計考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結構件的配合。
如果我們設計一款 ADSL 上網(wǎng)的終端產(chǎn)品，進(jìn)行結構設計就有金屬架構或塑料機構選擇，這對與 EMC 屏蔽會(huì )導致有完全不同的結果！另外對于金屬屏蔽結構產(chǎn)品，需要考慮接口如 232、以太網(wǎng)口、USB 接口連接器與結構搭接，保證搭接阻抗足夠小，否則會(huì )導致系統 EMI 測試超標！
這個(gè)階段產(chǎn)品結構設計人員根據公司相關(guān)設計規范要求進(jìn)行產(chǎn)品的結構設計，品質(zhì)或專(zhuān)門(mén)的 EMC 工程師依據檢查列表進(jìn)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)品設計前期總體設計方案，詳細設計方案，PCB 布局設計以及結構模型等各個(gè)環(huán)節的 EMC 設計控制措施的檢驗，看看前期提出設計方案的執行程度；另外主要檢查檢查電路單板與結構之間的配合，是否還存在 EMC 隱患，提前發(fā)現問(wèn)題，便于后續做產(chǎn)品正樣的時(shí)候一起完善。
通常我們會(huì )在這個(gè)階段發(fā)現一些結構加工工藝問(wèn)題以及設備內部電纜走線(xiàn)錯誤，需要更正。
這個(gè)階段主要是產(chǎn)品整機相關(guān)設計人員共同對產(chǎn)品樣品進(jìn)行檢視評估，檢查出加工問(wèn)題以及產(chǎn)品的 EMC 隱患，以便后續摸底測試與改進(jìn)版本時(shí)完善。
產(chǎn)品 EMC 摸底驗證
在產(chǎn)品試裝完成后，如果沒(méi)有什么特別配合上面的問(wèn)題，就可以對樣機按照總體設計方案預設的目標市場(chǎng)的法規標準進(jìn)行 EMC 摸底測試， 看看產(chǎn)品是否能夠滿(mǎn)足預設標準要求.前期設計方案能否滿(mǎn)足標準要求都需要在這個(gè)階段驗證出來(lái)，如果還存在什么問(wèn)題就需要把存在的問(wèn)題定位出來(lái)，便于產(chǎn)品在下次 PCB 改板和結構正樣的時(shí)候一起優(yōu)化更。
這個(gè)階段主要是 EMC 工程師共同按照產(chǎn)品銷(xiāo)售市場(chǎng)進(jìn)行相應的 EMC 摸底測試，如果有小問(wèn)題就進(jìn)行修改，沒(méi)有問(wèn)題就可以根據市場(chǎng)開(kāi)拓情況決定是否啟動(dòng)認證。
產(chǎn)品認證
如果在產(chǎn)品按照預先設計的方案和方法 EMC 測試能夠通過(guò)，那么我們可以進(jìn)行產(chǎn)品的認證，如 CE、FCC、VCCI 等認證。
5、系統流程法實(shí)施效果
系統流程法確實(shí)能夠真正幫助企業(yè)從產(chǎn)品設計源頭把 EMC 問(wèn)題解決，為企業(yè)節省大量的人力物力！目前國內外大公司的 EMC 設計都采取系統流程法，都取得很好的實(shí)施效果，通過(guò)流程建設都基本可以達到這樣一個(gè)宗旨：EMC 設計同步產(chǎn)品設計，一次性把事情做好！
