電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)如何融入產(chǎn)品研發(fā)流程

一、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(wèn)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(méi)有”――產(chǎn)品工程師沒(méi)有掌握EMC設(shè)計(jì)方法、企業(yè)沒(méi)有產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)流程、企業(yè)沒(méi)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(méi)有接受系統(tǒng)的全面的EMC培訓(xùn)經(jīng)歷，更沒(méi)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(wèn)題不知如何解決？所以我們經(jīng)?？吹接邢喈?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(méi)有思路！

企業(yè)內(nèi)部沒(méi)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(kāi)發(fā)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，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(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品多數(shù)在后期不能順利的通過(guò)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(méi)有一套EMC設(shè)計(jì)、驗(yàn)證流程。

企業(yè)沒(méi)有一套對(duì)EMC性能負(fù)責(zé)的責(zé)任體系，沒(méi)有專職的EMC設(shè)計(jì)工程師。因?yàn)镋MC涉及整個(gè)產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)，整個(gè)公司沒(méi)有明確的責(zé)任人，也就沒(méi)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！

二、業(yè)界面臨問(wèn)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(méi)有考慮EMC方面問(wèn)題，往往是在在產(chǎn)品樣機(jī)出來(lái)再進(jìn)行EMC摸底測(cè)試，如果這時(shí)測(cè)試通過(guò)，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(guò)的,這時(shí)出了問(wèn)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(wèn)題原因比較多，如果是因?yàn)槠帘螁?wèn)題往往會(huì)涉及結(jié)構(gòu)模具改動(dòng)，如果因?yàn)?a target="_blank">接口濾波問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wàn)元人民幣！

這種通過(guò)研發(fā)后期測(cè)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(jiàn)，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(méi)有把EMC問(wèn)題在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期解決！

三、系統(tǒng)流程法(System Flow Method)

產(chǎn)品工程師可以通過(guò)短期的培訓(xùn)以及通過(guò)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(lái)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(guò)這樣的流程順利通過(guò)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(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)界很多專家對(duì)于產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)主要從技術(shù)點(diǎn)來(lái)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(lái)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(wèn)題在研發(fā)前期進(jìn)行考慮；設(shè)計(jì)過(guò)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(wèn)題，針對(duì)可能出現(xiàn)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(cè)試與認(rèn)證！

四、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(guò)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?；谝陨蠈?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(guò)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(lái)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(guò)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(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(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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(méi)有什么特別配合上面的問(wèn)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(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(jié)構(gòu)正樣的時(shí)候一起優(yōu)化更改。

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(wèn)題就進(jìn)行修改，沒(méi)有問(wèn)題就可以根據(jù)市場(chǎng)開(kāi)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(guò),那么我們可以進(jìn)行產(chǎn)品的認(rèn)證，如CE、FCC、VCCI等認(rèn)證。

五、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(wèn)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(guò)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！

作者：吳衛(wèi)兵

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