電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)如何融入產(chǎn)品研發(fā)流程
作者： 日期：2015-12-11 瀏覽次數(shù)：1545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(chǎng)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(jìn)入目標(biāo)市場(chǎng)？這是每一個(gè)向國(guó)際化轉(zhuǎn)型公司研發(fā)都會(huì)面臨的問題與困惑，各個(gè)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(duì)業(yè)界大多電子企業(yè)的了解，目前企業(yè)在 EMC 設(shè)計(jì)方面的現(xiàn)狀是： “三個(gè)沒有”――產(chǎn)品工程師沒有掌握 EMC 設(shè)計(jì)方法、企業(yè)沒有產(chǎn)品 EMC 設(shè)計(jì)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(guó)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(jì)經(jīng)驗(yàn)！遇到產(chǎn)品 EMC 設(shè)計(jì)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(duì) EMC 設(shè)計(jì)流程，EMC 性能設(shè)計(jì)的好壞完全取決于個(gè)別產(chǎn)品開發(fā)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，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(huì)在某個(gè)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(cè)試與認(rèn)證，影響了產(chǎn)品的上市進(jìn)度。根據(jù)我們初步調(diào)查，全國(guó) 90%以上的電子企
業(yè)沒有一套 EMC 設(shè)計(jì)、驗(yàn)證流程。 企業(yè)沒有一套對(duì) EMC 性能負(fù)責(zé)的責(zé)任體系，沒有專職的 EMC 設(shè)計(jì)工程師。因?yàn)?EMC 涉及整個(gè)產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)，整個(gè)公司沒有明確的責(zé)任人，也就沒有足夠的關(guān)注，同時(shí)也不能協(xié)調(diào)整個(gè)產(chǎn)品各部分相關(guān)共同對(duì)產(chǎn)品最終 EMC 性能負(fù)責(zé)！目前業(yè)界具有 EMC 設(shè)計(jì)的工程師很少，而企業(yè)里面有專職進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)崗位的就更少！
2、業(yè)界面臨問題
一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷總體規(guī)格方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、PCB 設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試裝、摸底預(yù)測(cè)試、認(rèn)證幾個(gè)階段。目前業(yè)界很多公司都是在前期設(shè)計(jì)階段沒有考慮 EMC 方面問題，往往是在在產(chǎn)品樣機(jī)出來再進(jìn)行 EMC 摸底測(cè)試，如果這時(shí)測(cè)試通過，則是比較幸運(yùn)的。但很不幸的是，大多數(shù)情況下是不能測(cè)試通過的，這時(shí)出了問題進(jìn)行整改并需要對(duì)產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)，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(xiàn)問題原因比較多，如果是因?yàn)槠帘螁栴}往往會(huì)涉及結(jié)構(gòu)模具改動(dòng)，如果因?yàn)榻涌跒V波問題就會(huì)對(duì)產(chǎn)品原理圖進(jìn)行改動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)致 PCB 的重新設(shè)計(jì)，還有可能會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)接地問題，那就會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)重新做調(diào)整，重新設(shè)計(jì)。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(shí)研發(fā)費(fèi)用增加五十萬元人民幣！
這種通過研發(fā)后期測(cè)試發(fā)現(xiàn)問題然后再對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的測(cè)試修補(bǔ)法業(yè)界比較常見，但往往會(huì)導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)品不能及時(shí)取得認(rèn)證而上市，因此也是目前很多走向國(guó)際市場(chǎng)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(jì)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(yàn)基本掌握 EMC 設(shè)計(jì)的方法，但對(duì)于一個(gè)企業(yè)來講，目前迫切的是建立一套規(guī)范的 EMC 設(shè)計(jì)流程，把電磁兼容要求融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(cè)試認(rèn)證。如果能從設(shè)計(jì)流程的早期階段就導(dǎo)入正確 EMC 設(shè)計(jì)策略，同時(shí)研發(fā)工程師掌握正確的 EMC 設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)于產(chǎn)品 EMC 設(shè)計(jì)主要從技術(shù)點(diǎn)來講，如屏蔽、濾波、接地、PCB 設(shè)計(jì)等層面，但對(duì)于一個(gè)企業(yè)來講，這些都是一些技術(shù)知識(shí)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(shí)與我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)合，形成針對(duì)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(jì)融入研發(fā)設(shè)計(jì)流程，我們根據(jù)國(guó)內(nèi)外著名公司的 EMC 設(shè)計(jì)流程整理總結(jié)出一套先進(jìn)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(jì)理念，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)控制，把可能出現(xiàn)的 EMC 問題在研發(fā)前期進(jìn)行考慮；設(shè)計(jì)過程中主要從產(chǎn)品的電路（原理圖、PCB 設(shè)計(jì)） ，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(duì)可能出現(xiàn) EMC 問題進(jìn)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(cè)試與認(rèn)證！
4、系統(tǒng)流程法簡(jiǎn)介
系統(tǒng)流程法就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研發(fā)階段，從流程上進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，確保 EMC 的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)手段在各個(gè)階段得以相應(yīng)的實(shí)施，另外 EMC 設(shè)計(jì)從產(chǎn)品的系統(tǒng)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(yīng)該建立一套 EMC 設(shè)計(jì)控制流程，同時(shí)支撐這個(gè)流程的需要相應(yīng)的 EMC 設(shè)計(jì)規(guī)范以及 EMC 設(shè)計(jì)查檢表，確保產(chǎn)品在研發(fā)過程各個(gè)階段，都能進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)控制。
系統(tǒng)流程法具體各個(gè)階段工作內(nèi)容如下：
產(chǎn)品總體方案設(shè)計(jì)
在總體方案設(shè)計(jì)階段要求對(duì)產(chǎn)品的總體規(guī)格進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)考慮，主要涉及產(chǎn)品銷售的目標(biāo)市場(chǎng)，以及需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求，同時(shí)注意后續(xù)潛在目標(biāo)市場(chǎng)的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求。基于以上對(duì)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(jì)框圖，并詳細(xì)制定產(chǎn)品 EMC 設(shè)計(jì)總體方案，如系統(tǒng)的屏蔽如何設(shè)計(jì)，系統(tǒng)整個(gè)電源拓?fù)浠A(chǔ)上濾波如何設(shè)計(jì)，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(chǎng)，這樣就明確產(chǎn)品進(jìn)入上述市場(chǎng)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(hào)接口濾波方案，整個(gè)系統(tǒng)的接地三個(gè)方面，從產(chǎn)品總體方案考慮來達(dá)到上述目標(biāo)市場(chǎng)認(rèn)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?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品詳細(xì)方案設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品詳細(xì)方案設(shè)計(jì)階段主要提出對(duì)產(chǎn)品總體硬件 EMC 設(shè)計(jì)方案，如:電源接口，信號(hào)接口，電纜選型，接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 連接器選型等提出詳細(xì)的 EMC 設(shè)計(jì)與選型要求.確保后續(xù)實(shí)施過程中能夠重點(diǎn)關(guān)注注意這些要點(diǎn)。
如果我們?cè)O(shè)計(jì)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(duì)模擬電路的干擾，同時(shí)重點(diǎn)注意內(nèi)部電纜接口濾波處理。
這個(gè)階段產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)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(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品原理圖設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品原理圖設(shè)計(jì)階段主要對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的主芯片的濾波電路設(shè)計(jì)，晶振電源管腳的濾波電路，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片的濾波電路設(shè)計(jì)，電源輸入插座的濾波電路設(shè)計(jì)，對(duì)外信號(hào)接口的濾波電路設(shè)計(jì)，以及濾波和防護(hù)元器件選型，單板功能地和保護(hù)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(jìn)行實(shí)施。
我們通常設(shè)計(jì)以太網(wǎng)接口產(chǎn)品都會(huì)用到 25MHZ 或 125MHZ 時(shí)鐘， 那么對(duì)時(shí)鐘電路的濾波處理就是原理圖設(shè)計(jì)階段的重點(diǎn)，需要考慮時(shí)鐘電路的電源以及走線如何濾波，磁珠、電阻如何選擇。
這個(gè)階段產(chǎn)品硬件原理圖設(shè)計(jì)人員根據(jù)詳細(xì)方案要求進(jìn)行 EMC 原理圖詳細(xì)方案設(shè)計(jì)，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品 PCB 設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品 PCB 設(shè)計(jì)階段，主要考慮對(duì) EMC 影響巨大的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵元器件的布局考慮以及高速數(shù)字信號(hào)布線。層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮高速信號(hào)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(hù)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(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(diǎn)考慮高速不跨分割，關(guān)鍵敏感信號(hào)的走線保護(hù)，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(xiàng)目測(cè)試超標(biāo)，就是因?yàn)樵赑CB 布局階段沒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(shè)計(jì)人員根據(jù)公司相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行 PCB 單板的設(shè)計(jì)，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)檢查列表進(jìn)行把關(guān)檢查。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，主要針對(duì)產(chǎn)品需要滿足 EMC 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計(jì)方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計(jì)方案，另外對(duì)屏蔽體之間的搭接設(shè)計(jì)，縫隙設(shè)計(jì)考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。
如果我們?cè)O(shè)計(jì)一款 ADSL 上網(wǎng)的終端產(chǎn)品，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就有金屬架構(gòu)或塑料機(jī)構(gòu)選擇，這對(duì)與 EMC 屏蔽會(huì)導(dǎo)致有完全不同的結(jié)果！另外對(duì)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng) EMI 測(cè)試超標(biāo)！
這個(gè)階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員根據(jù)公司相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，品質(zhì)或?qū)ｉT的 EMC 工程師依據(jù)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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，PCB 布局設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)模型等各個(gè)環(huán)節(jié)的 EMC 設(shè)計(jì)控制措施的檢驗(yàn)，看看前期提出設(shè)計(jì)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(shí)候一起完善。
通常我們會(huì)在這個(gè)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(cuò)誤，需要更正。
這個(gè)階段主要是產(chǎn)品整機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)人員共同對(duì)產(chǎn)品樣品進(jìn)行檢視評(píng)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(cè)試與改進(jìn)版本時(shí)完善。
產(chǎn)品 EMC 摸底驗(yàn)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(duì)樣機(jī)按照總體設(shè)計(jì)方案預(yù)設(shè)的目標(biāo)市場(chǎng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 EMC 摸底測(cè)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(jì)方案能否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求都需要在這個(gè)階段驗(yàn)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(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)品銷售市場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的 EMC 摸底測(cè)試，如果有小問題就進(jìn)行修改，沒有問題就可以根據(jù)市場(chǎng)開拓情況決定是否啟動(dòng)認(rèn)證。
產(chǎn)品認(rèn)證
如果在產(chǎn)品按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方案和方法 EMC 測(cè)試能夠通過，那么我們可以進(jìn)行產(chǎn)品的認(rèn)證，如 CE、FCC、VCCI 等認(rèn)證。
5、系統(tǒng)流程法實(shí)施效果
系統(tǒng)流程法確實(shí)能夠真正幫助企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外大公司的 EMC 設(shè)計(jì)都采取系統(tǒng)流程法，都取得很好的實(shí)施效果，通過流程建設(shè)都基本可以達(dá)到這樣一個(gè)宗旨：EMC 設(shè)計(jì)同步產(chǎn)品設(shè)計(jì)，一次性把事情做好！
