【導讀】馬永健老師是EMC領域中的著名專家，在2014安防電子技術研討會暨第十七屆電路保護與電磁兼容技術研討會上，馬老師詳細的講解分析了EMC設計中最棘手的案例，并講解了有關于EMC的全新認識，現(xiàn)場回答了一些工程師們提出的問題，物超所值！快來看看吧！絕對有料！
功能設計完了以后進行測試檢驗，不過進行整改，為什么會有這種現(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，因為找EMC工程師比較難，原因是國內目前所有的企業(yè)在EMC設計這一塊是游擊戰(zhàn)，誰的經(jīng)驗多誰設計出來的就好一點，但是一次通過率很低，產(chǎn)品設計完了以后進行一次性實驗，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，同時把EMC設計好，你的電子兼容基本上就解決了。因為沒有整體效果可以考慮的，只有依靠選好芯片，同時進行處理才能處理好。
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值與頻率的關系。大家看，在低頻的時候完全是一條直線，但是到高頻以后，電感效應出來了，這點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。這個大家在使用過程中可能不太關注這個事，這是個芯片的梯形脈沖時域波形，實際上真正出問題的是在這個地方，如果把這個問題處理好了，現(xiàn)在好多問題就不會出現(xiàn)。這是芯片參數(shù)的對照表，這個在使用過程中是有的，這個東西有什么用我后面會講。大家都知道這是差模效應，一個信號的環(huán)路就會對外輻射場強，在一定情況下，如果說環(huán)路比較大的話，輻射的場強與環(huán)路面積成正比，那么對外輻射場強就大。這是我們在設計過程中需要重點關注的問題之一。對外有連接導線，這樣的對外連接導線有一個向外輻射，這樣的話共模的效應就出來了。
在設計的時候，期間的選型考慮不周到，應該怎么做呢？我在端口的時候加上一個干音壁，什么意思？就是把整個平面里面端口這個地方不布置任何器件，與內部的數(shù)字臂也好，功能臂也好進行隔離，架橋連接，這樣外面的噪音進不來，里面的噪聲出不去，這就是干音壁的效應。這個地方本身是空的，我們這個企業(yè)有好多設計師想方設法地把這個地方添滿，這是沒必要的，而且也不方便。那我為何不設計一個干音壁呢？這樣的話就可以把傳導的問題解決。
還有一個問題，閉環(huán)路，我們之所以發(fā)生干擾，共模效應，就是因為有個閉環(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外模式。這在我們使用過程中需要注意的問題。
還有一個是分區(qū)布局，現(xiàn)在方向亂的，這個器件到處放。你要知道，電路也好，器件也好，有敏感器件，有噪聲器件。這個時候你在分區(qū)布局的時候一定要有序地安排。比如說高速路上有快車道和慢車道，我們國內經(jīng)常堵車就是因為車穿來穿去的，我們很多人到香港去過，香港的公路上車也不少。這個道理是一樣的，如果你的器件安排不當，就會有耦合，有幾種耦合模式？一共有五種模式，其實有三種耦合模式都體現(xiàn)在這個線路板上了。
如果有序地分開，就可以減輕耦合效應，有一點屏蔽效應。把距離拉開，因為在這一場范圍內，場強的衰減是按照距離的平方和立方進行衰減的，距離稍微拉開一點場強衰減得就比較大，這樣子你就可以有效地把場強衰減下來，距離拉開一點效果就好一點。這個你們可以試一試，你可以把線路或者是器件拉開一點距離。我曾經(jīng)做過，應該快一個月了，就在南山做實驗，里面的東西是模塊，我把模塊移了一下距離，然后衰減的時候事半功倍。一個是大的產(chǎn)品，功率大，個大，另外一個是小的產(chǎn)品，小的產(chǎn)品是大的產(chǎn)品的1/6，但是設計的結構形式是完全一樣的，大的產(chǎn)品通過了測試，小的怎么都通不過。我打開一看，就是因為距離太近了。我說把這個隔開，或者通過局部屏蔽進行隔離就可以了，效果很好。這是3月份才做的一個實例。
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為什么會有這種現(xiàn)象呢？每個從驅動端出去的信號最終都會回到驅動端來，這點很重要，每一個信號包括電源，從驅動端出去以后，不管走多遠，最終從各種通路回來，一定要回到終端來，否則一個功能就完不成。而偏偏我們做單循環(huán)設計的時候，注意的是去線、回線，我們自己安排，多終端回路的時候忽視了這個現(xiàn)象。只管拉一根虛線，回線不管了，因為通過耦合效應直接傳輸回來了，所以這就導致好多的回流面積很大的非常重要的原因，實際上是無意識造成的。我曾經(jīng)去過一個單位，他超標超得很厲害。他們回流面積很小，我說你考慮傳輸線的前頭上有多少槽，多少器件進行隔離的。
為什么有這種現(xiàn)象呢？就是因為所有的信號頻率不一樣，傳輸漏洞是不一樣的，隨著頻率越來越高，會按照最小阻抗路徑回流。這是比較形象的，信號層和回流層，層間距，厚度很薄很薄，傳輸信號這么傳過來，在回流的時候直接就回來了，直線頻率最短，阻抗最小。高頻的時候不一樣了，從這邊回來了以后，它按照這條線緊著地平面回來，因為這個區(qū)間的阻抗最小。這點是需要嚴格注意的，如果在設計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現(xiàn)不了。
這個圖是什么意思呢？這是數(shù)據(jù)區(qū)域，這是模擬區(qū)域，數(shù)模轉換或者兩個區(qū)域。中間有個隔離，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？因為這中間是斷的，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。這是導致很多數(shù)模轉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。
解決這個問題，第一個統(tǒng)一地，第二個把數(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，把兩個地聯(lián)通，我專門用一個回流線搭過去。這是在設計中間出現(xiàn)的問題。傳輸線傳動要求很嚴格，傳輸線路越短，上升時間越小，對外回流場強就越大。所以設計的時候，排線的傳輸線長度計算公式是不一樣的，所以設計的時候一定要計算一下。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，他說我為了方便，就把線加長了。當然了確實是方便，因為沒有什么干涉，但是為了方便影響了反射，上沖、下沖，另外回路面積也大了，這是一個非常嚴重的問題。
給大家講一個比較簡單的屏蔽效應，我剛才講了屏蔽三種模式，一種模式是加一個罩殼，這個問題不大，我加一個金屬罩殼就屏蔽了。另外一種模式是進行衰減，這也是一種屏蔽模式。第三種模式，在兩個信號線之間加上地線，這個地線就相當于屏蔽線，這叫導線屏蔽。一個是加上地線，另外一個是把地線去掉，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。
設計過程中對一種不同的器件，我們要求前面加一個電容，后面加一個電容，中間加一個磁珠。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。對整個產(chǎn)品來講，電磁兼容性設計管理系統(tǒng)：1.新產(chǎn)品的設計開發(fā)流程，2.產(chǎn)品的EMC設計技術平臺建設，3.元器件的EMC選型指南，4.EMC接地設計，5.EMC屏蔽設計，6.EMC濾波設計，7.PCB的EMC設計，8.典型產(chǎn)品的EMC設計，9.EMC設計檢查表。
我們說電容，各種不同的情況下容值計算是不一樣的。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，怎么樣進行選型，有什么特點，這些都是要掌握的。至少你知道一個事，我拿一個芯片來，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)品做完了有個問題，做完了以后是分階段進行的，不是一條線做完的，是分階段進行的。在哪一個階段怎么樣進行檢查，就是從這來，1.產(chǎn)品原理圖設計檢查表，2.PCB設計檢查表，3.結構設計檢查表，4.軟件設計檢查表，5.設計審核檢查表。
我剛才舉的例子，本來一個大個的產(chǎn)品通過了這個測試，但是個子變小了以后通不過了，明明是一樣的，結構、零件、器件都是一樣的，就因為空間大小不一樣變化那么大。你校對的時候怎么校對？相應的措施要怎么處理？電磁兼容評價對和錯很難，但是可以評價好和不好，你做得好一點，你的一次性通過率80%，我的一次性通過率20%，那么我設計出來的產(chǎn)品一次通過率是80%，70%，那效果完全是不一樣的。既然你設計的產(chǎn)品通過率是70%，80%的話，為什么不把你的經(jīng)驗貢獻出來？放到一個平臺上讓大家共享呢？
這需要有一個培訓過程，不是光講，我剛才講的那些，不同的情況，電磁兼容很復雜，不同的情況下有不同的選擇，電容的容值計算有9個，你用哪一項來算？你給我講清楚是用哪一項來算的，你怎么樣算，我也按照這個模式算，我知道你怎么選的，我就可以給你校對，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評審制度，不同的等級評審是不一樣的。電磁兼容工程師或者總工辦找一個人專門來做這個工作，做得好一點可以。
還有一個問題在哪呢？很多單位已經(jīng)做了設計審核檢查表，但是幾百個工程師設計，可審核的時候一個人顧得過來嗎？我進行重點控制，我搞了一個設計審核重點控制，我把幾個關鍵的節(jié)點進行控制，不同的層級控制的要點不一樣，這樣子就可以大家來進行信息共享。如果說我是總管，或者我是項目經(jīng)理，我自己巡查一遍不太放心，你就連夜24小時開辦，把前面的全部再檢查一遍。我這里有一個圖例，你們可以看看是怎么做的，提供給你們一個思路。把整個設計過程中由設計工程師自查，然后要求專門的電子兼容設計工程師復核你做到還是沒做到，分得很細很細，然后把復核的意見對、錯，或者你同意不同意，如果表列不上，你拉多一點嘛。因為電子兼容工程師，至少對我來講，我肯定比設計師的水平高，電子兼容工程師告訴你這個地方做得好像有點不太合適，咱們商量一下是不是改一改，這樣經(jīng)驗就積累過來了。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，但是我一個表格拿出來逐條對，簡單吧。這樣做了以后就容易多了。同樣的結構設計一樣的，包括軟件檢查，怎么審核？按照工程設計的重點控制進行測試。不同的產(chǎn)品，不同的標準，不同的形式，審核標準是不一樣的，國標是19項，不是說每一項都要接地、屏蔽，不是那么回事兒。某幾項要重點考慮接地，這樣控制以后大部分問題都解決掉，當然其他方面也要考慮，但這是要重點考慮的。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，雷達本身就是一個很好的分區(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，室內的，室外的，臺式的，立式的，車載的，機載的，陸軍、海軍、空軍，不同的情況設計要點是不一樣的。你在設計過程中你要考慮你的產(chǎn)品結構形式是什么，你的標準是什么，控制的要點是什么，那你就好審核了。
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如果有實驗室的人可以看一看，關鍵有一個預測試試驗，試驗的時候一定要有一個預測試實驗，不能說到最后再去試驗，那時候代價就太大了。不要把實驗室的那些標準拿出來，但是試驗的特點是什么，你在試驗過程中關注的是什么，這個要心里有數(shù)。你們可能更感興趣的是這個，騷擾源的定位。產(chǎn)品內的主要電磁騷擾源是什么，這個你要清楚，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。
同一個試品存在不同測試結果的原因，這個一定要進行分析，確實有這個現(xiàn)象，這是客觀存在的，我在A實驗室做的，B實驗室結果不一樣，確實有這個現(xiàn)象，這是很正常的現(xiàn)象。在試驗過程中問題整改怎么做，不同的情況怎么做，這些控制要點在哪？寬帶的，監(jiān)測的，直通的，泄露的，傳導的，輻射的，靜電，所有的這些都有自己的特點。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)，不同的設計師，在中間各取所需。這個完全把我設計過程中遇到的問題提綱挈領地全部羅列出來了，設計師做的時候不同的環(huán)節(jié)進行檢測就行了，駕輕就熟一點，節(jié)省一點時間，效果好一點。我就講這么多吧，謝謝大家！
現(xiàn)場提問：
提問：今天我們講EAC的問題是最多的，MIE有個問題，這個問題是什么呢？我們打接觸的時候有三種現(xiàn)象，當我們把接地槍靠近這個的時候關機了，第二個問題是死機，就是機器停在那里不動，第三個現(xiàn)象是一打的時候屏幕上面有橫條，對這三個現(xiàn)象我們能不能判定電路是在哪個地方，我們能不能確定整改方向是哪個電路有問題？
馬永?。何疫@樣說吧，一個信號進來以后，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。如果嚴格說要設計好或者小一點，再不行就進行端口處理。
提問：我們直接用槍打那個地也是一樣，一碰就關機或者是干擾。
馬永?。河幸粋€問題要搞清楚，不要管打到哪個地方，因為打到地上以后，它又到芯片的端口上去。如果沒有端口，光打到線路上是沒有什么用的。如果是改設備的時候，芯片的端口要怎么處理，加上TBS管比較好一點，如果不行的話前面加上慈珠先過一下。
提問：我們在整改的時候，這方面的問題碰到比較多，但是根據(jù)我們的經(jīng)驗，在打地的時候出現(xiàn)這個問題是很難搞的。
馬永?。耗惆呀拥攸c換個地方，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，你一打地上有一個波度，可能造成機器內部的軟件復位或者是關機。
馬永健：因為沒有看到實際產(chǎn)品，只能是從原理上講。
提問：這個問題是目前比較多的。
馬永健：還有一個辦法，把地浮起來。
提問：我們也做過實驗，把板子的層再多加一層，我們鋪一塊大的薄膜在上面，這個時候測試確實有改善。
馬永健：如果說在放靜電的時候，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?。喝绻a(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)品的結構到底是怎么樣的。
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