马老师分享EMC设计中最棘手的案例

功能设计完了以后进行测试检验，不过进行整改，为什么会有这种现象？我了解了现在有些企业已经有EMC工程师了。我这次去了以后，至少有几家企业让我给他介绍EMC工程师，因为找EMC工程师比较难，原因是国内目前所有的企业在EMC设计这一块是游击战，谁的经验多谁设计出来的就好一点，但是一次通过率很低，产品设计完了以后进行一次性实验，一次性通过的很低，为什么？今天咱们讲的很多是芯片，如果你选了好芯片，同时把EMC设计好，你的电子兼容基本上就解决了。因为没有整体效果可以考虑的，只有依靠选好芯片，同时进行处理才能处理好。

这种现象的原因是什么？元器件本身的电子兼容性。这是金属膜电阻的阻抗绝对值与频率的关系。大家看，在低频的时候完全是一条直线，但是到高频以后，电感效应出来了，这点很多人是不太注意的。同样，电容是这样子，电感也是这样子，电容曲线是倒V形的。这个大家在使用过程中可能不太关注这个事，这是个芯片的梯形脉冲时域波形，实际上真正出问题的是在这个地方，如果把这个问题处理好了，现在好多问题就不会出现。这是芯片参数的对照表，这个在使用过程中是有的，这个东西有什么用我后面会讲。大家都知道这是差模效应，一个信号的环路就会对外辐射场强，在一定情况下，如果说环路比较大的话，辐射的场强与环路面积成正比，那么对外辐射场强就大。这是我们在设计过程中需要重点关注的问题之一。对外有连接导线，这样的对外连接导线有一个向外辐射，这样的话共模的效应就出来了。

在设计的时候，期间的选型考虑不周到，应该怎么做呢？我在端口的时候加上一个干音壁，什么意思？就是把整个平面里面端口这个地方不布置任何器件，与内部的数字臂也好，功能臂也好进行隔离，架桥连接，这样外面的噪音进不来，里面的噪声出不去，这就是干音壁的效应。这个地方本身是空的，我们这个企业有好多设计师想方设法地把这个地方添满，这是没必要的，而且也不方便。那我为何不设计一个干音壁呢？这样的话就可以把传导的问题解决。

还有一个问题，闭环路，我们之所以发生干扰，共模效应，就是因为有个闭环路存在。如果闭环路很小，或者阻抗很小，是零，即使通过再大的电流，有共模电压降存在吗？没有共模电压降也就不可能有对外模式。这在我们使用过程中需要注意的问题。

还有一个是分区布局，现在方向乱的，这个器件到处放。你要知道，电路也好，器件也好，有敏感器件，有噪声器件。这个时候你在分区布局的时候一定要有序地安排。比如说高速路上有快车道和慢车道，我们国内经常堵车就是因为车穿来穿去的，我们很多人到香港去过，香港的公路上车也不少。这个道理是一样的，如果你的器件安排不当，就会有耦合，有几种耦合模式？一共有五种模式，其实有三种耦合模式都体现在这个线路板上了。

如果有序地分开，就可以减轻耦合效应，有一点屏蔽效应。把距离拉开，因为在这一场范围内，场强的衰减是按照距离的平方和立方进行衰减的，距离稍微拉开一点场强衰减得就比较大，这样子你就可以有效地把场强衰减下来，距离拉开一点效果就好一点。这个你们可以试一试，你可以把线路或者是器件拉开一点距离。我曾经做过，应该快一个月了，就在南山做实验，里面的东西是模块，我把模块移了一下距离，然后衰减的时候事半功倍。一个是大的产品，功率大，个大，另外一个是小的产品，小的产品是大的产品的1/6，但是设计的结构形式是完全一样的，大的产品通过了测试，小的怎么都通不过。我打开一看，就是因为距离太近了。我说把这个隔开，或者通过局部屏蔽进行隔离就可以了，效果很好。这是3月份才做的一个实例。

为什么会有这种现象呢？每个从驱动端出去的信号最终都会回到驱动端来，这点很重要，每一个信号包括电源，从驱动端出去以后，不管走多远，最终从各种通路回来，一定要回到终端来，否则一个功能就完不成。而偏偏我们做单循环设计的时候，注意的是去线、回线，我们自己安排，多终端回路的时候忽视了这个现象。只管拉一根虚线，回线不管了，因为通过耦合效应直接传输回来了，所以这就导致好多的回流面积很大的非常重要的原因，实际上是无意识造成的。我曾经去过一个单位，他超标超得很厉害。他们回流面积很小，我说你考虑传输线的前头上有多少槽，多少器件进行隔离的。

为什么有这种现象呢？就是因为所有的信号频率不一样，传输漏洞是不一样的，随着频率越来越高，会按照最小阻抗路径回流。这是比较形象的，信号层和回流层，层间距，厚度很薄很薄，传输信号这么传过来，在回流的时候直接就回来了，直线频率最短，阻抗最小。高频的时候不一样了，从这边回来了以后，它按照这条线紧着地平面回来，因为这个区间的阻抗最小。这点是需要严格注意的，如果在设计过程中回流径搞不清楚，那你就不知道线跑哪去了，回流面积最小化就实现不了。

这个图是什么意思呢？这是数据区域，这是模拟区域，数模转换或者两个区域。中间有个隔离，数字区域和模拟区域要分割开，很大部分的人是这样做的。我这个数字线跨过分割区到模拟区以后，可是回流线怎么回？因为这中间是断的，这回不来了，隔断了，从哪回来的？哪里能回来的路径它自己找，这样它绕到哪去了，说不清楚了。这是导致很多数模转换不成功或者干扰非常大的非常重要的原因，你们可以检查你们的线路是不是有这种现象存在。

解决这个问题，第一个统一地，第二个把数字线直接在数字区域布置，不要跑到模拟区域去。第三，把两个地联通，我专门用一个回流线搭过去。这是在设计中间出现的问题。传输线传动要求很严格，传输线路越短，上升时间越小，对外回流场强就越大。所以设计的时候，排线的传输线长度计算公式是不一样的，所以设计的时候一定要计算一下。不能说师傅就是这么告诉我的，我就这么做。所以要算一下，看看长度够不够。我发现很多企业线明明可以短一点，他说我为了方便，就把线加长了。当然了确实是方便，因为没有什么干涉，但是为了方便影响了反射，上冲、下冲，另外回路面积也大了，这是一个非常严重的问题。

给大家讲一个比较简单的屏蔽效应，我刚才讲了屏蔽三种模式，一种模式是加一个罩壳，这个问题不大，我加一个金属罩壳就屏蔽了。另外一种模式是进行衰减，这也是一种屏蔽模式。第三种模式，在两个信号线之间加上地线，这个地线就相当于屏蔽线，这叫导线屏蔽。一个是加上地线，另外一个是把地线去掉，背面加上大面积地线，这也是一种屏蔽模式，这种模式非常管用。
设计过程中对一种不同的器件，我们要求前面加一个电容，后面加一个电容，中间加一个磁珠。所有的这些东西大家都是做的，甚至这些概念都很清楚，但要真正连贯起来难度就大了。对整个产品来讲，电磁兼容性设计管理系统：
1.新产品的设计开发流程。
2.产品的EMC设计技术平台建设。
3.元器件的EMC选型指南。
4.EMC接地设计。
5.EMC屏蔽设计。
6.EMC滤波设计。
7.PCB的EMC设计。
8.典型产品的EMC设计。
9.EMC设计检查表。

我们说电容，各种不同的情况下容值计算是不一样的。连接器咱们经常用，连接器的这些参数你是要知道的，这些东西是直接影响电子兼容的，不同的连接器是不一样的，它的核心阻抗也是不一样的，在过程中你要怎么做都是有规范的。我们今天讲了很多芯片，它的特性是怎么样的，怎么样进行选型，有什么特点，这些都是要掌握的。至少你知道一个事，我拿一个芯片来，你说芯片怎么好，这些参数要提供给我，看它到底是好还是不好。

产品做完了有个问题，做完了以后是分阶段进行的，不是一条线做完的，是分阶段进行的。在哪一个阶段怎么样进行检查，就是从这来:
1.产品原理图设计检查表。
2.PCB设计检查表。
3.结构设计检查表。
4.软件设计检查表。
5.设计审核检查表。

我刚才举的例子，本来一个大个的产品通过了这个测试，但是个子变小了以后通不过了，明明是一样的，结构、零件、器件都是一样的，就因为空间大小不一样变化那么大。你校对的时候怎么校对？相应的措施要怎么处理？电磁兼容评价对和错很难，但是可以评价好和不好，你做得好一点，你的一次性通过率80%，我的一次性通过率20%，那么我设计出来的产品一次通过率是80%，70%，那效果完全是不一样的。既然你设计的产品通过率是70%，80%的话，为什么不把你的经验贡献出来？放到一个平台上让大家共享呢？

这需要有一个培训过程，不是光讲，我刚才讲的那些，不同的情况，电磁兼容很复杂，不同的情况下有不同的选择，电容的容值计算有9个，你用哪一项来算？你给我讲清楚是用哪一项来算的，你怎么样算，我也按照这个模式算，我知道你怎么选的，我就可以给你校对，可以给你审核，否则分不出来，不是光肉眼可以看得出来的。所以我们要建立一个评审制度，不同的等级评审是不一样的。电磁兼容工程师或者总工办找一个人专门来做这个工作，做得好一点可以。

还有一个问题在哪呢？很多单位已经做了设计审核检查表，但是几百个工程师设计，可审核的时候一个人顾得过来吗？我进行重点控制，我搞了一个设计审核重点控制，我把几个关键的节点进行控制，不同的层级控制的要点不一样，这样子就可以大家来进行信息共享。如果说我是总管，或者我是项目经理，我自己巡查一遍不太放心，你就连夜24小时开办，把前面的全部再检查一遍。我这里有一个图例，你们可以看看是怎么做的，提供给你们一个思路。把整个设计过程中由设计工程师自查，然后要求专门的电子兼容设计工程师复核你做到还是没做到，分得很细很细，然后把复核的意见对、错，或者你同意不同意，如果表列不上，你拉多一点嘛。因为电子兼容工程师，至少对我来讲，我肯定比设计师的水平高，电子兼容工程师告诉你这个地方做得好像有点不太合适，咱们商量一下是不是改一改，这样经验就积累过来了。我也不用跟你吵架，也不用说你做到还是没做到。

我给你们看这有多少页？21页，记不住吧，但是我一个表格拿出来逐条对，简单吧。这样做了以后就容易多了。同样的结构设计一样的，包括软件检查，怎么审核？按照工程设计的重点控制进行测试。不同的产品，不同的标准，不同的形式，审核标准是不一样的，国标是19项，不是说每一项都要接地、屏蔽，不是那么回事儿。某几项要重点考虑接地，这样控制以后大部分问题都解决掉，当然其他方面也要考虑，但这是要重点考虑的。但是有一些，比如天线这块加上滤波，那么选择接地线要控制好，雷达本身就是一个很好的分区屏蔽的格式，你还要加大外罩，不是那么回事。不同的产品，室内的，室外的，台式的，立式的，车载的，机载的，陆军、海军、空军，不同的情况设计要点是不一样的。你在设计过程中你要考虑你的产品结构形式是什么，你的标准是什么，控制的要点是什么，那你就好审核了。

如果有实验室的人可以看一看，关键有一个预测试试验，试验的时候一定要有一个预测试实验，不能说到最后再去试验，那时候代价就太大了。不要把实验室的那些标准拿出来，但是试验的特点是什么，你在试验过程中关注的是什么，这个要心里有数。你们可能更感兴趣的是这个，骚扰源的定位。产品内的主要电磁骚扰源是什么，这个你要清楚，我把骚扰源源头控制，把传播途径切断，这是你需要知道的东西，否则就累了。

同一个试品存在不同测试结果的原因，这个一定要进行分析，确实有这个现象，这是客观存在的，我在A实验室做的，B实验室结果不一样，确实有这个现象，这是很正常的现象。在试验过程中问题整改怎么做，不同的情况怎么做，这些控制要点在哪？宽带的，监测的，直通的，泄露的，传导的，辐射的，静电，所有的这些都有自己的特点。出了问题大概在什么位置，出了什么问题。咱们知道，整改首先是定位，只要定位正确，做起来就很简单。如果定位不好，做起来就很难了。骚扰源的定位非常重要。我们的目的是什么？不同的行业，不同的环节，不同的设计师，在中间各取所需。这个完全把我设计过程中遇到的问题提纲挈领地全部罗列出来了，设计师做的时候不同的环节进行检测就行了，驾轻就熟一点，节省一点时间，效果好一点。我就讲这么多吧，谢谢大家！

现场提问：

提问：今天我们讲ESD的问题是最多的，ESD有个问题，这个问题是什么呢？我们打接触的时候有三种现象，当我们把接地枪靠近这个的时候关机了，第二个问题是死机，就是机器停在那里不动，第三个现象是一打的时候屏幕上面有横条，对这三个现象我们能不能判定电路是在哪个地方，我们能不能确定整改方向是哪个电路有问题？

马老师：我这样说吧，一个信号进来以后，你记住环路大了以后，环路大就是接收天线，等于是打了静电以后，中间放电的时候直接打到环绕上去，然后芯片的端口可能跳或者是死机。如果严格说要设计好或者小一点，再不行就进行端口处理。

提问：我们直接用枪打那个地也是一样，一碰就关机或者是干扰。

马老师：有一个问题要搞清楚，不要管打到哪个地方，因为打到地上以后，它又到芯片的端口上去。如果没有端口，光打到线路上是没有什么用的。如果是改设备的时候，芯片的端口要怎么处理，加上TVS管比较好一点，如果不行的话前面加上慈珠先过一下。

提问：我们在整改的时候，这方面的问题碰到比较多，但是根据我们的经验，在打地的时候出现这个问题是很难搞的。

马老师：你把接地点换个地方，还是把环比减小。

提问：我们的MCU是系统控制，数字线或者是一些控制器非常灵敏，你一打地上有一个波度，可能造成机器内部的软件复位或者是关机。

马老师：因为没有看到实际产品，只能是从原理上讲。

提问：这个问题是目前比较多的。

马老师：还有一个办法，把地浮起来。

提问：我们也做过实验，把板子的层再多加一层，我们铺一块大的薄膜在上面，这个时候测试确实有改善。

马老师：如果说在放静电的时候，多铺层地就是防静电的最有效措施。为什么？还是一句话，闭环路小了。

提问：另外电路方面有很多问题。

马老师：如果产品已经出来了就得想办法在端口上加TPS管，加磁珠。要看产品的结构到底是怎么样的。