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傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計思路都是產(chǎn)品成型后再進(jìn)行一系列的測試，通過測試判定產(chǎn)品是否符合各項指標(biāo)的要求，但是這種設(shè)計思路存在的弊端就是只能等產(chǎn)品成型后再進(jìn)行驗證，項目周期會非常長，同時一旦產(chǎn)品驗證失敗，需要進(jìn)行一系列的整改、測試，這樣對于整個項目的周期、成本都是非常大的浪費(fèi)。本文主要是從項目開發(fā)的并行角度闡述如何結(jié)合EMC設(shè)計到開發(fā)過程中，來解決這一設(shè)計管理問題。
電子技術(shù)正在朝著不斷智能化方向飛速發(fā)展。對于智能化的高科技產(chǎn)品，需要集成多個功能模塊，而這些模塊之間的兼容性就是當(dāng)前電子產(chǎn)品設(shè)計的重中之重。電磁的兼容性是目前電子產(chǎn)品開發(fā)過程中比較頭疼的一件工作，而目前國際標(biāo)準(zhǔn)對這方面要求非常嚴(yán)格，認(rèn)證機(jī)構(gòu)也有嚴(yán)格的產(chǎn)品上市管理體系，這就需要我們在產(chǎn)品開發(fā)過程中就融入EMC設(shè)計，只有做到這一點才能夠更加高效的完成一個優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
1 體系管控形成質(zhì)變：
傳統(tǒng)的開發(fā)流程分為5個環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的需求分析、方案評審、設(shè)計階段、調(diào)試階段、驗證階段。按照此開發(fā)流程，在調(diào)試階段才會進(jìn)行EMC測試，首次對產(chǎn)品的EMC性能進(jìn)行判定，一旦測試合格，就進(jìn)行項目結(jié)案，我們不清楚產(chǎn)品究竟優(yōu)點在哪里；但是一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題，也只能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)。真正的要想做好產(chǎn)品，必須從產(chǎn)品的開發(fā)初期就將EMC考慮進(jìn)去。
在需求分析階段，我們就對產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行評估，包括產(chǎn)品的未來考慮的市場范圍，對應(yīng)市場的基本要求。尤其是產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，特定環(huán)境產(chǎn)品實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)要重點進(jìn)行評估、考量；產(chǎn)品的方案評審階段需要對產(chǎn)品具體的指標(biāo)如何在產(chǎn)品設(shè)計過程進(jìn)行考量，包括實現(xiàn)方式是裸機(jī)狀態(tài)實現(xiàn)？還是應(yīng)用電路實現(xiàn)？需要將這些具體的指標(biāo)進(jìn)行明確；在設(shè)計階段就需要對硬件電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝安裝、接地設(shè)計、PCB設(shè)計進(jìn)行綜合評估。傳統(tǒng)的思維模式認(rèn)為只需要設(shè)計好電路就可以解決EMC問題，其實工藝安裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、接地設(shè)計、PCB設(shè)計對產(chǎn)品整機(jī)EMC性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路本身。我們需要逐個考慮這些環(huán)節(jié)的EMC問題，并在這個階段把所有的風(fēng)險都預(yù)估出來，同時要有對策保障，只有做到這一點才能夠在下個環(huán)節(jié)“調(diào)試階段”處理地得心應(yīng)手；調(diào)試階段必須對產(chǎn)品立項階段制定的指標(biāo)一一進(jìn)行驗證，對于出現(xiàn)的問題再利用設(shè)計階段中設(shè)計的措施進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以系統(tǒng)的解決問題，收尾驗證就按照行業(yè)要求進(jìn)行認(rèn)證上市。
2 細(xì)節(jié)決定成?。?/strong>
電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中，傳統(tǒng)的思路認(rèn)為只要電路設(shè)計充分就可以解決所有問題，但是通過多年的實踐證實，僅僅做好電路設(shè)計是不可能解決EMC方面的問題的，必須關(guān)注其它影響：
2.1端口電路設(shè)計：
供電端口電路有必不可少的三部分：安全防護(hù)、濾波電路及電源轉(zhuǎn)換，關(guān)于這三部分的布局設(shè)計必須遵守走直線的原則。如果按照圖2左圖設(shè)計，當(dāng)輸入端口的瞬時脈沖輸入，這種瞬時脈沖存在高頻分量（如圖3），會形成走線和走線之間的耦合，從而導(dǎo)致濾波電路失效，甚至隔離電源隔離產(chǎn)生的穩(wěn)定直流電壓也會受到影響，實現(xiàn)不了原有的設(shè)計功能。要把電路的設(shè)計功能落實到實際的應(yīng)用中，就如我們上面所講，必須按照走直線的原則（如圖2右圖）進(jìn)行設(shè)計。
2.2 I/O口電路設(shè)計：
I/O口電路的設(shè)計同樣受到PCB布局及接地設(shè)計的影響。如圖4第一幅圖的端口防護(hù)器件的接地和后端被保護(hù)的IC的地進(jìn)行共地設(shè)計，這種設(shè)計一旦瞬態(tài)脈沖被鉗位卸放到地上面，由于這個地同時也是IC的參考地，很容易導(dǎo)致IC地電位抬高而出現(xiàn)異常；改善方案主要有兩種：如果系統(tǒng)是兩線制設(shè)備（無地線）系統(tǒng)外殼也是非金屬材質(zhì)，此地線設(shè)計也必須將IC的參考地和防護(hù)器件的地分開，不能共用在一起，但是由于此系統(tǒng)屬于無地線系統(tǒng)，可以采用這兩個部分分別鋪設(shè)不同的接地區(qū)域，然后使用Y電容將兩個區(qū)域的地線連接在一起。另外一種是系統(tǒng)有設(shè)計地線或者外殼屬于金屬外殼，這種情況就可以將防護(hù)器件的接地直接連到外殼地或者通過Y電容連接到外殼地，但是一定要和IC的參考地分開。
上面提到的PCB走線的設(shè)計導(dǎo)致防護(hù)電路失效的問題，通過右圖5就可以看到端口設(shè)計了TVS管防護(hù)ESD，但是如果布線按照第一幅圖這樣走線，極易導(dǎo)致IC損壞，但是TVS管還沒有動作的，主要是由于現(xiàn)有的ESD或者EFT都是高頻干擾，走線阻抗大，所以對于端口的防護(hù)電路設(shè)計一定要遵守靠近端口的原則進(jìn)行設(shè)計PCB.
2.3 EMI電路設(shè)計：
金升陽電源自身在電磁干擾方面投入了很大的設(shè)計成本，內(nèi)部增加了濾波電路、屏蔽措施等，保證符合承諾的各項指標(biāo)要求，但是電源在應(yīng)用方面還是難免出現(xiàn)電磁干擾超標(biāo)的問題；此時，很多的設(shè)計工程師都會認(rèn)為問題的根源在于電源，這種認(rèn)識其實是有誤區(qū)，因為電磁干擾傳導(dǎo)騷擾測試項目，主要是針對電源端口的，那么電源端口就成了他的傳輸路逕，所有的電磁干擾都會經(jīng)過電源端口到達(dá)被測設(shè)備，測試設(shè)備測試到的電磁干擾除了來自電源本身外，主要的部分還包括整機(jī)中的其他部分產(chǎn)生的電磁干擾，以及設(shè)備內(nèi)部寄生參數(shù)的諧振產(chǎn)生的電磁干擾。電源內(nèi)部的濾波器無法對這類電磁干擾進(jìn)行抑制，這些電磁干擾就通過電源端口耦合到測試設(shè)備。為了應(yīng)對千差萬別的應(yīng)用環(huán)境，電源廠家設(shè)計濾波器時，除了抑制電源內(nèi)部干擾，還會考慮到濾波器衰減特性及頻譜特性，盡量預(yù)留最大的設(shè)計余量。那么這就要求我們的整機(jī)設(shè)計人員在設(shè)計電源前端時候，一定要按照電源廠家推薦的應(yīng)用電路進(jìn)行設(shè)計，例如：LH15產(chǎn)品應(yīng)用過程中出現(xiàn)EMI超標(biāo)問題（見下圖）。
圖6為金升陽電源LH15-13B05傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果，此結(jié)果符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求，而且余量非常充分。
圖7上圖為金升陽電源LH15-13B05的電源應(yīng)用到某品牌產(chǎn)品上面后，整機(jī)測試傳導(dǎo)騷擾結(jié)果，此結(jié)果無法符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求，甚至連CLASS A都無法滿足要求，更不用說設(shè)計余量。
所以電源即使內(nèi)部電磁干擾設(shè)計等級再高，在應(yīng)用過程中一定要留應(yīng)用部分，具體參數(shù)可參考具體產(chǎn)品對應(yīng)的規(guī)格書。金升陽的電源產(chǎn)品在規(guī)格書中都會有應(yīng)用電路這一欄，會將在應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的指標(biāo)，描述的非常詳細(xì)。
3 結(jié)語：
整機(jī)電磁兼容設(shè)計其實是一個系統(tǒng)性工程，任何一個點設(shè)計不到位都可能導(dǎo)致設(shè)計失敗，甚至?xí)冻龀林氐某杀敬鷥r。目前，行業(yè)內(nèi)對于這方面的設(shè)計失敗原因局限于電源方面，而忽視PCB設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及接地設(shè)計等方面。有效解決EMC問題，需要我們在設(shè)計初期就充分評審指標(biāo)定位、應(yīng)用環(huán)境；在設(shè)計過程中充分評審電路圖設(shè)計、原材料選型、PCB繪制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝安裝等各方面，不斷地優(yōu)化開發(fā)流程，實現(xiàn)在開發(fā)過程中考量所有問題。
電子技術(shù)正在朝著不斷智能化方向飛速發(fā)展。對于智能化的高科技產(chǎn)品，需要集成多個功能模塊，而這些模塊之間的兼容性就是當(dāng)前電子產(chǎn)品設(shè)計的重中之重。電磁的兼容性是目前電子產(chǎn)品開發(fā)過程中比較頭疼的一件工作，而目前國際標(biāo)準(zhǔn)對這方面要求非常嚴(yán)格，認(rèn)證機(jī)構(gòu)也有嚴(yán)格的產(chǎn)品上市管理體系，這就需要我們在產(chǎn)品開發(fā)過程中就融入EMC設(shè)計，只有做到這一點才能夠更加高效的完成一個優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
1 體系管控形成質(zhì)變：
傳統(tǒng)的開發(fā)流程分為5個環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的需求分析、方案評審、設(shè)計階段、調(diào)試階段、驗證階段。按照此開發(fā)流程，在調(diào)試階段才會進(jìn)行EMC測試，首次對產(chǎn)品的EMC性能進(jìn)行判定，一旦測試合格，就進(jìn)行項目結(jié)案，我們不清楚產(chǎn)品究竟優(yōu)點在哪里；但是一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題，也只能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)。真正的要想做好產(chǎn)品，必須從產(chǎn)品的開發(fā)初期就將EMC考慮進(jìn)去。
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在需求分析階段，我們就對產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行評估，包括產(chǎn)品的未來考慮的市場范圍，對應(yīng)市場的基本要求。尤其是產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，特定環(huán)境產(chǎn)品實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)要重點進(jìn)行評估、考量；產(chǎn)品的方案評審階段需要對產(chǎn)品具體的指標(biāo)如何在產(chǎn)品設(shè)計過程進(jìn)行考量，包括實現(xiàn)方式是裸機(jī)狀態(tài)實現(xiàn)？還是應(yīng)用電路實現(xiàn)？需要將這些具體的指標(biāo)進(jìn)行明確；在設(shè)計階段就需要對硬件電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝安裝、接地設(shè)計、PCB設(shè)計進(jìn)行綜合評估。傳統(tǒng)的思維模式認(rèn)為只需要設(shè)計好電路就可以解決EMC問題，其實工藝安裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、接地設(shè)計、PCB設(shè)計對產(chǎn)品整機(jī)EMC性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路本身。我們需要逐個考慮這些環(huán)節(jié)的EMC問題，并在這個階段把所有的風(fēng)險都預(yù)估出來，同時要有對策保障，只有做到這一點才能夠在下個環(huán)節(jié)“調(diào)試階段”處理地得心應(yīng)手；調(diào)試階段必須對產(chǎn)品立項階段制定的指標(biāo)一一進(jìn)行驗證，對于出現(xiàn)的問題再利用設(shè)計階段中設(shè)計的措施進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以系統(tǒng)的解決問題，收尾驗證就按照行業(yè)要求進(jìn)行認(rèn)證上市。
2 細(xì)節(jié)決定成?。?/strong>
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I/O口電路的設(shè)計同樣受到PCB布局及接地設(shè)計的影響。如圖4第一幅圖的端口防護(hù)器件的接地和后端被保護(hù)的IC的地進(jìn)行共地設(shè)計，這種設(shè)計一旦瞬態(tài)脈沖被鉗位卸放到地上面，由于這個地同時也是IC的參考地，很容易導(dǎo)致IC地電位抬高而出現(xiàn)異常；改善方案主要有兩種：如果系統(tǒng)是兩線制設(shè)備（無地線）系統(tǒng)外殼也是非金屬材質(zhì)，此地線設(shè)計也必須將IC的參考地和防護(hù)器件的地分開，不能共用在一起，但是由于此系統(tǒng)屬于無地線系統(tǒng)，可以采用這兩個部分分別鋪設(shè)不同的接地區(qū)域，然后使用Y電容將兩個區(qū)域的地線連接在一起。另外一種是系統(tǒng)有設(shè)計地線或者外殼屬于金屬外殼，這種情況就可以將防護(hù)器件的接地直接連到外殼地或者通過Y電容連接到外殼地，但是一定要和IC的參考地分開。
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圖6為金升陽電源LH15-13B05傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果，此結(jié)果符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求，而且余量非常充分。
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3 結(jié)語：
整機(jī)電磁兼容設(shè)計其實是一個系統(tǒng)性工程，任何一個點設(shè)計不到位都可能導(dǎo)致設(shè)計失敗，甚至?xí)冻龀林氐某杀敬鷥r。目前，行業(yè)內(nèi)對于這方面的設(shè)計失敗原因局限于電源方面，而忽視PCB設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及接地設(shè)計等方面。有效解決EMC問題，需要我們在設(shè)計初期就充分評審指標(biāo)定位、應(yīng)用環(huán)境；在設(shè)計過程中充分評審電路圖設(shè)計、原材料選型、PCB繪制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝安裝等各方面，不斷地優(yōu)化開發(fā)流程，實現(xiàn)在開發(fā)過程中考量所有問題。
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