本站原创摘 要：EMC技术以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识.以下我们对电磁兼容测试方法、控制方法、设计方法做了简要介绍,在实际应用中,我们要坚持EMC设计,提高贯彻EMC标准的意识,消除电磁干扰,从根本上提高产品的质量与可靠性,为企业的生产和经营创造效益.
关 键 词：EMC；设计流程；技术规范；测试
中图分类号：TN03文献标识码：A
1电子产品生产企业面临的困境和现状
在很多企业中,由于专业人才的缺失,并没有设置专门进行EMC设计的工作岗位.另外,在产品设计阶段,企业的研发流程中往往也没有专门针对产品的电磁兼容性进行评价的环节.对于EMC开发流程、设计要求,也没有明确的技术文件加以描述和要求.至于开发产品的电磁兼容性好坏,完全取决于个别开发工程师的相关技术水平和经验,不能在系统和流程上保证产品的质量.这样造成的后果是,相当一部分的电子产品在研发后期不能顺利地通过认证,影响产品的上市速度,或者由于生产出来的电子产品其EMC的一致性不能保证,在市场监督抽查时出现质量问题.这是企业在内部流程方面存在的缺陷.
2EMC的设计流程和技术规范
2.1产品总体方案设计
在总体方案设计阶段,要对产品的总体规格进行EMC设计方面的考虑.主要内容有：产品销售目标市场,需要满足国家或地方制定的EMC标准、法规要求,客户要求的产品电磁兼容性以及潜在目标市场的EMC方面的标准和法规要求.基于目标市场或企业客户对产品EMC性能的要求,需要提出产品的EMC总体设计框图,并根据经验,制定产品EMC设计总体方案.总体方案的内容基本上包括：产品的结构如何设计,屏蔽如何设计,接地如何设计,滤波如何设计；新的国家或地区、或是新的客户,对于产品的EMC性能是否有新的要求；结合具体的测试要求,是否需要在产品设计阶段格外关注某一设计要点.
2.2产品详细方案设计
在产品详细方案设计阶段,产品的硬件实现方案已经确定,可以作为EMC设计的基础.我们可以依据产品的结构设计图和电路框图,提出产品总体的EMC设计方案,如：电源接口、信号接口、电缆选型和接口结构等关键部位的设计要求和方案.我们需要特别注意相关方面提出的、对于EMC方面的新要求,这些新的要求经常会使原有的设计有所改变.
2.3产品的原理图设计
从这个阶段开始,产品的EMC设计进入到关键阶段,原理图设计是关键阶段的第一个环节.在产品原理图设计阶段,需要进行的主要内容有：产品内部主芯片的滤波电路设计,晶振的滤波电路设计,时钟驱动电路的滤波电路设计,电源输入端的滤波电路设计,外接信号接口的滤波电路设计.在进行EMC设计时,由滤波和防护器件的选型开始,需要考虑电路板功能地和保护地属性的划分,滤波器件的位置和参数,单个电路板的接地位置等因素.
在这个阶段,我们经常会用到EMC设计检查表.检查表包含的内容,其基础和核心是产品在原理图设计阶段和PCB设计阶段,应遵循一整套的设计要求与规范,这些要求与规范应该是具体的和可操作的.检查表的内容应该得到不断丰富和完善,应该是随着产品的不断升级与更新换代,将研发工程师与EMC整改工程师的经验不断地融合和提炼后形成的.
在原理图设计阶段,检查表中涉及的核查内容举例如下：
a）电源部分
主要有：电源板输入端有没有预留Y电容；在变压器次级,各输出电压线路有没有预留滤波电感和滤波电容；电源输入端是否预留压敏电阻或稳压二极管.
b）主控制板
主要有：数据总线是否有匹配的电阻或排阻；晶振输出管脚是否有RC滤波电路；IC的电源管脚处是否有滤波电容；输出信号排线,在端子位置是否有磁珠或者电阻与电容组成滤波电路.
c）输入和输出口是否有电容—电感—电容（CLC）或电容—电阻—电容（CRC）滤波电路,信号线上是否有磁珠或者电阻；以太网口位置是否有防雷器.通过上述的核查,可以认为满足条件的原理图基本上符合EMC设计要求.
2.4产品的PCB设计
PCB设计是整个EMC设计流程中最为关键的一环,PCB设计的好坏与最终整机的EMC性能息息相关.在后续对整机采用问题解决法来整改时,PCB往往也是改动最多的地方.由此,可以看出PCB设计的重要程度.目前,随着研究的不断深入,关于PCB设计与整机EMC性能之间关系的著作和论述也多了起来.本文不对技术方面做过多解释,只着重从流程方面说明如何保证PCB设计符合EMC设计规范.
在PCB设计阶段,需要考虑采取何种层叠结构,建议对高速信号板尽量采用4层以上的多层板.多层板的中间至少有一个地层,这样可以保证为高速信号提供较小的回流路径,同时为晶振提供完整的镜像平面.在PCB设计阶段,需要格外注意PCB上关键器件的摆放,如晶振、主芯片、驱动电路和外接端子,这些器件的位置决定了时钟走线的方向和长度.如果这些器件走线不正确,那么就会使时钟走线弯曲或者过长,易造成比较大的辐射干扰或接收到外界的干扰电磁波.
PCB上“地”的划分,也对整机的EMC性能有很大的影响.对EMC来讲,建议将数字地、模拟地分开,信号地与电源地分开.在布置地线时,最核心的思想是借助地线或者地平面,利用耦合电容对高速时钟信号进行滤波或者提供尽可能短的回流路径,最大限度地减小可能的射频干扰.采取的措施有：在高速时钟线的两侧铺设地线,在主芯片和晶振的镜像位置保证完整的平面,地层和电源层尽量少走信号线等方法.
在PCB设计阶段,检查表中涉及的核查内容举例如下：
a）电源板
电源板次级是否有预留到地的固定螺丝锁合孔的位置.
b）主电路板
时钟线上如有过孔,则时钟的换层过孔附近是否有到地层的过孔存在；主芯片和存储芯片是否在PCB的同一层；数据总线的走线是否在同一平面上；电源线是否与数据线、时钟线有相邻的平行布线现象,如有平行,则应尽量使其走线满足3W原则（即走线间距的大小一般为2倍之线宽）；晶振外壳是否留有接地点,且晶振与芯片的回路应尽量小；电源层是否比地层内缩20H,H为电源层与地层之间的距离；PCB布线时,是否是地线宽度﹥电源线宽度﹥信号线宽度；不同的PCB之间,互联排线的端子是否在相邻的一方.
2.5产品结构试装（工程样机）阶段
在这个阶段,产品的工程样机已经做好.我们可以利用这个样机来验证产品的EMC性能.验证的主要方法是进行EMC测试.在测试之前,我们还需要进行一项工作,主要是对样机的结构进行检查.需要检查的内容有：不同PCB板之间的互联排线,其长度是否过长；PCB的接地点选择是否合理,接地电阻大小是否满足要求；屏蔽层是否接地.当然,这些内容也可以列入EMC设计检查表中,将来作为标准的核查事项.通常在这个阶段的检查当中,会发现一些结构和工艺设计方面存在缺陷,或者是内部电缆走线方面的错误.这些缺陷和错误需要采取措施尽可能地消除.
2.6确认或验证测试
在上述的设计检查完成后,需要对样机进行一次EMC方面的全项目测试,以便找出所有的潜在问题.因为即使使用目前先进的仿真设计软件,其结果也代替不了实际的测试.产品的EMC性能还是取决于实际的测试情况.经测试发现问题后,依据EMC三要素方法进行整改,寻找干扰源,切断传播途径,或者降低敏感设备的敏感度.整改的方法,大致可分为滤波、接地和屏蔽等措施,具体的技术细节不在本文中讨论.
结语
本文相似度检测绍的电磁兼容设计开发流程,可以帮助企业从源头上解决电磁兼容问题,同时省去许多人力、物力和金钱成本.