EMC如何成為下一個(gè)設(shè)計(jì)工程的成功因素

電磁兼容性（EMC）測(cè)試，無(wú)論是對(duì)開發(fā)人員還是對(duì)項(xiàng)目經(jīng)理而言，都是一件很難的事情。因?yàn)镋MC 的內(nèi)部測(cè)試結(jié)果往往很少達(dá)到預(yù)期的效果，而且在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中可能會(huì)遇到更多的困難。這些無(wú)法預(yù)期的變化會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目周期變長(zhǎng)、開發(fā)成本增加并會(huì)產(chǎn)生額外的測(cè)試后成本。

EMC測(cè)試概覽

電磁兼容性（EMC）是指電氣設(shè)備在其電磁環(huán)境中正常運(yùn)行而不會(huì)干擾其他設(shè)備的能力?？墒荅MC很難把握，因?yàn)殡姶挪ㄊ强床灰?，聽不到也感覺不了的，所以很難確定其影響因素和結(jié)構(gòu)。

如今的工程師還面臨著更加復(fù)雜的問(wèn)題，一方面要實(shí)現(xiàn)越來(lái)越小的封裝尺寸，另一方面還要降低成本、縮短研發(fā)時(shí)間，這必然會(huì)造成一定的沖突，因此兩者之間需要做出折中。

快速交付經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致EMC問(wèn)題，這些問(wèn)題只會(huì)在項(xiàng)目的最后階段暴露出來(lái)。MPS的目標(biāo)是為客戶提供高質(zhì)量的技術(shù)支持，并能為日后可能遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。通過(guò)采用結(jié)構(gòu)清晰的EMC測(cè)試開發(fā)流程，我們可以輕松避免這些問(wèn)題（見圖1）。

圖 1：結(jié)構(gòu)化的EMC測(cè)試開發(fā)流程

測(cè)試要求和測(cè)試計(jì)劃

首先是確定EMC測(cè)試項(xiàng)目時(shí)間表。時(shí)間表可以確保涉及到的每個(gè)人都知道銷售給終端客戶的產(chǎn)品目標(biāo)和要求。根據(jù)不同的產(chǎn)品和行業(yè)，需要滿足的要求也不同。除了各種EMC法規(guī)之外，還必須滿足各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（見圖2）。

但是，僅滿足法規(guī)要求是不夠的。幾乎每個(gè)汽車廠商都有各自的EMC要求標(biāo)準(zhǔn)：更高的測(cè)試水平和更低的輻射限值。嚴(yán)格遵守這些要求可以確保通信設(shè)備（廣播和手機(jī)）以及大功率電子設(shè)備（例如，電子加速器，e-train，車載充電器）并行工作。

但是，僅滿足法規(guī)要求是不夠的。幾乎每個(gè)汽車廠商都有各自的EMC要求標(biāo)準(zhǔn)：更高的測(cè)試水平和更低的輻射限值。嚴(yán)格遵守這些要求可以確保通信設(shè)備（廣播和手機(jī)）以及大功率電子設(shè)備（例如，電子加速器，e-train，車載充電器）并行工作。

EMC 測(cè)試計(jì)劃流程也可以讓其他行業(yè)受益，比如其產(chǎn)品是由各個(gè)子組件組成甚至有些并非由內(nèi)部研發(fā)的行業(yè)。雖然不能保證在模塊互連時(shí)可以滿足所有限制和測(cè)試級(jí)別，但提前定義要求可以大大降低這種風(fēng)險(xiǎn)。

獨(dú)特的EMC測(cè)試計(jì)劃應(yīng)納入開發(fā)流程中，在開發(fā)的第一階段中就需要更新工作文件，并作為項(xiàng)目測(cè)試和文檔階段的主要文件。

應(yīng)該形成良好的EMC測(cè)試計(jì)劃定義，并做好被測(cè)設(shè)備（EUT）的所有相關(guān)信息記錄，工程師可以根據(jù)這些文檔來(lái)進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)需額外的文檔和背景知識(shí)。同時(shí)，測(cè)試期間操作模式的定義與測(cè)試設(shè)置（接地，線束，負(fù)載箱和軟件配置）一樣重要。與外部供應(yīng)商和多個(gè)客戶合作的公司應(yīng)在EMC測(cè)試計(jì)劃中記錄所有相互理解的需求。在整個(gè)過(guò)程中應(yīng)符合其需求，尤其是對(duì)于已購(gòu)買的零件。

EMC測(cè)試計(jì)劃的概念和技術(shù)

但實(shí)際上，PCB尺寸和電纜連接的位置通常會(huì)根據(jù)機(jī)械尺寸提前定義好，而外殼會(huì)依據(jù)成本結(jié)構(gòu)、重量和散熱情況而定。

機(jī)械設(shè)計(jì)需要特別注意EMC。在此階段做出的決定可能會(huì)帶來(lái)以后的問(wèn)題，并且這些問(wèn)題只能通過(guò)重新設(shè)計(jì)布局或進(jìn)行其他EMC測(cè)量方面的大量努力來(lái)解決。

例如，板上的插頭和功能組（例如，開關(guān)調(diào)節(jié)器）的初始位置很重要，因?yàn)殚_關(guān)會(huì)產(chǎn)生E和H場(chǎng)。直接磁場(chǎng)耦合取決于組件（例如主線圈）的距離，設(shè)計(jì)和高度（參見圖3）。

由于封裝變小、效率變高以及成本降低，會(huì)讓產(chǎn)品在交付時(shí)具有更高的開關(guān)頻率，比如帶有擴(kuò)頻功能的IC和高度集成的電源模塊等。

所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到高低開關(guān)頻率的優(yōu)劣勢(shì)。汽車供應(yīng)商需要遵循的要求是：在頻率低于1MHz的基礎(chǔ)上滿足AM頻段限值，基波頻率或基波頻率的一次諧波必須在這個(gè)頻段內(nèi)。另外，有時(shí)在低開關(guān)頻率下需要相對(duì)較大的輸入濾波器和較大的線圈。

高于AM頻段（例如2MHz）的開關(guān)頻率，其基頻和一次諧波在該頻段之外的。比如輸入濾波器和線圈之類的組件可以隨著尺寸、數(shù)值和成本的減少而減小。但是會(huì)帶來(lái)開關(guān)損耗，散熱和EMC等問(wèn)題。在確定使用哪種拓?fù)浜图夹g(shù)時(shí)，需要權(quán)衡利弊。

表 1: 選擇開關(guān)頻率

EMC測(cè)試計(jì)劃的布局和審核

這一步，請(qǐng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，對(duì)可能的技術(shù)分析以及所購(gòu)零件和供應(yīng)商的評(píng)估進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。由于布局需要考慮折中的方案（機(jī)械，熱，功能和EMC技術(shù)），因此需要開始研究潛在的干擾源和產(chǎn)品的弱點(diǎn)。在生產(chǎn)第一個(gè)電路板之前，內(nèi)部或外部布局審核有助于找到并實(shí)施最佳折中方案。

在第一次布局時(shí)，您可以根據(jù)散熱焊盤和部件，在EMC測(cè)量期間嘗試不同的設(shè)計(jì)方案。您還可以在EMC實(shí)驗(yàn)室的首次測(cè)量過(guò)程中設(shè)計(jì)不同電路板和部件選型，因?yàn)槎鄠€(gè)同步測(cè)試可讓您快速收集結(jié)果，例如有關(guān)復(fù)雜耦合的信息。無(wú)論您如何預(yù)先計(jì)劃，未經(jīng)測(cè)試都很難定義最佳結(jié)果。

EMC測(cè)試和優(yōu)化

在測(cè)試系統(tǒng)之前，請(qǐng)考慮可選組件及其測(cè)試結(jié)果。前面的這些步驟主要涉及到產(chǎn)品本身，涵蓋內(nèi)容廣，可以幫助您確定在預(yù)測(cè)試中需要重點(diǎn)關(guān)注的主題。通過(guò)每次測(cè)試，項(xiàng)目將變得更加透明，同時(shí)降低了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

接下來(lái)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序進(jìn)行EMC測(cè)試。預(yù)測(cè)試是盡早發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。根據(jù)EMC測(cè)試計(jì)劃和類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，篩選出單獨(dú)的測(cè)試方法并事先進(jìn)行檢查。建議同時(shí)進(jìn)行干擾發(fā)射測(cè)量和抗擾度測(cè)量。扎實(shí)的概述和快速反饋非常重要。測(cè)試計(jì)劃對(duì)于需要與EMC實(shí)驗(yàn)室協(xié)調(diào)的測(cè)量來(lái)說(shuō)特別有用。從EMC實(shí)驗(yàn)室可以獲得兩種可能的結(jié)果：

結(jié)果1：被測(cè)設(shè)備未通過(guò)要求

在這種情況下，必須確定干擾源，并應(yīng)獲得優(yōu)化測(cè)量值。如果在關(guān)鍵點(diǎn)提供了適當(dāng)?shù)慕M裝選項(xiàng)，包括了備用組件，則可以立即開始優(yōu)化。測(cè)量時(shí)間是非常有限的。即使您沒有自己的設(shè)備來(lái)進(jìn)行EMC分析，也應(yīng)從測(cè)試中收集盡可能多的信息。

結(jié)果2：被測(cè)設(shè)備通過(guò)要求

如果產(chǎn)品滿足EMC要求，您可以有機(jī)會(huì)進(jìn)行優(yōu)化。成本和結(jié)果之間的理想情況通常只能通過(guò)多次測(cè)量來(lái)確定。

MPS一直在積累與EMC有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，以便能在設(shè)計(jì)的早期階段解決這些問(wèn)題。從IC研發(fā)到為客戶的應(yīng)用定制專屬設(shè)計(jì)，再到產(chǎn)品驗(yàn)證，MPS可以成為您電源解決方案的理想合作伙伴。

審核編輯：彭菁