電磁兼容(EMC)設計如何融入產品研發流程

一、業界面臨挑戰

如何使自己的產品滿足相應市場中電磁兼容（EMC）標準要求，從而快速低成本的取得相關認證，順利的進入目標市場？這是每一個向國際化轉型公司研發都會面臨的問題與困惑，各個企業產品研發部門面臨著巨大挑戰。

根據我們對業界大多電子企業的了解，目前企業在EMC設計方面的現狀是：“三個沒有”――產品工程師沒有掌握EMC設計方法、企業沒有產品EMC設計流程、企業沒有具體明確EMC責任人。主要表現在:

由于國內研發工程師大多沒有接受系統的全面的EMC培訓經歷，更沒有電磁兼容產品的相關設計經驗！遇到產品EMC設計問題不知如何解決？所以我們經?？吹接邢喈斠徊糠之a品工程師整天在整改產品，但往往不得其法，沒有思路！

企業內部沒有一套針對EMC設計流程，EMC性能設計的好壞完全取決于個別產品開發人員的素質和經驗，使得公司開發出來的產品電磁兼容性能沒有一致性的保證，通常都會在某個環節出現問題，導致產品多數在后期不能順利的通過測試與認證，影響了產品的上市進度。根據我們初步調查，全國90%以上的電子企業沒有一套EMC設計、驗證流程。

企業沒有一套對EMC性能負責的責任體系，沒有專職的EMC設計工程師。因為EMC涉及整個產品的各個環節，整個公司沒有明確的責任人，也就沒有足夠的關注，同時也不能協調整個產品各部分相關共同對產品最終EMC性能負責！目前業界具有EMC設計的工程師很少，而企業里面有專職進行EMC設計崗位的就更少！

二、業界面臨問題

一個產品的設計主要經歷總體規格方案設計、詳細設計、原理圖設計、PCB設計、產品結構試裝、摸底預測試、認證幾個階段。目前業界很多公司都是在前期設計階段沒有考慮EMC方面問題，往往是在在產品樣機出來再進行EMC摸底測試，如果這時測試通過，則是比較幸運的。但很不幸的是，大多數情況下是不能測試通過的,這時出了問題進行整改并需要對產品重新設計,常常會要進行較大改動。

這個階段產品電磁兼容出現問題原因比較多，如果是因為屏蔽問題往往會涉及結構模具改動，如果因為接口濾波問題就會對產品原理圖進行改動，同時導致PCB的重新設計，還有可能會因為系統接地問題，那就會對整個產品系統重新做調整，重新設計。深圳有一家著名的儀器企業某款產品由于電磁兼容問題整改導致產品延遲海外上市一年，同時研發費用增加五十萬元人民幣！

這種通過研發后期測試發現問題然后再對產品進行的測試修補法業界比較常見，但往往會導致企業產品不能及時取得認證而上市，因此也是目前很多走向國際市場公司研發部門所面臨的困惑。出現這種現狀的根本原因是：沒有把EMC問題在產品設計前期解決！

三、系統流程法(System Flow Method)

產品工程師可以通過短期的培訓以及通過積累經驗基本掌握EMC設計的方法，但對于一個企業來講，目前迫切的是建立一套規范的EMC設計流程，把電磁兼容要求融入產品設計中去，這樣才能保證企業大多產品經過這樣的流程順利通過測試認證。如果能從設計流程的早期階段就導入正確EMC設計策略,同時研發工程師掌握正確的EMC設計方法，從產品設計源頭解決EMC問題，將可以減少許多不必要的人力及研發成本，縮短產品上市周期。

業界很多專家對于產品EMC設計主要從技術點來講，如屏蔽、濾波、接地、PCB設計等層面，但對于一個企業來講，這些都是一些技術知識點，理論描述，關鍵是如何在我們企業的研發流程中如何實施，同時如何把電磁兼容知識與我們產品設計結合，形成針對企業產品可操做的規范與CHECKLIST(檢查控制表)？那么如何把EMC設計融入研發設計流程，我們根據國內外著名公司的EMC設計流程整理總結出一套先進的流程，我們稱之為：系統流程法(System Flow Method)系統流程法，即主要在研發流程中融入EMC設計理念，在產品設計的各個階段進行EMC設計控制，把可能出現的EMC問題在研發前期進行考慮；設計過程中主要從產品的電路（原理圖、PCB設計），結構與電纜，電源模塊，接地等方面系統考慮EMC問題，針對可能出現EMC問題進行前期充分考慮,從而確保產品樣品出來后能夠一次性通過測試與認證！

四、系統流程法簡介

系統流程法就是在產品設計的研發階段，從流程上進行設計控制，確保EMC的設計理念，設計手段在各個階段得以相應的實施，另外EMC設計從產品的系統角度進行考慮，而不是單純的某個局部，只有這樣才能保證產品最終的EMC性能。

每個公司應該建立一套EMC設計控制流程，同時支撐這個流程的需要相應的EMC設計規范以及EMC設計查檢表，確保產品在研發過程各個階段，都能進行EMC設計控制。

系統流程法具體各個階段工作內容如下：

產品總體方案設計
在總體方案設計階段要求對產品的總體規格進行EMC設計考慮,主要涉及產品銷售的目標市場,以及需要滿足的標準法規要求,同時注意后續潛在目標市場的EMC標準和法規的要求?；谝陨蠈Ξa品的EMC標準法規的要求提出產品的總體EMC設計框圖,并詳細制定產品EMC設計總體方案，如系統的屏蔽如何設計，系統整個電源拓撲基礎上濾波如何設計，產品的接地如何系統考慮等。

如果一款復雜數據通信產品，產品定位了歐洲與日本市場，這樣就明確產品進入上述市場就必須通過CE與VCCI認證，就要考慮系統整體的結構屏蔽、電源以及信號接口濾波方案，整個系統的接地三個方面，從產品總體方案考慮來達到上述目標市場認證要求。

這個階段產品研發人員提出EMC總體方案，品質或專門的EMC工程師依據檢查列表進行把關檢查。

產品詳細方案設計
在產品詳細方案設計階段主要提出對產品總體硬件EMC設計方案,如:電源接口,信號接口,電纜選型,接口結構設計,連接器選型等提出詳細的EMC設計與選型要求.確保后續實施過程中能夠重點關注注意這些要點。

如果我們設計一款醫療器械產品，就需要注意內部數字電路模塊與模擬電路模塊的隔離，需要從內部空間考慮數字電路對模擬電路的干擾，同時重點注意內部電纜接口濾波處理。

這個階段產品硬件設計人員根據已有的規范提出EMC詳細方案，品質或專門的EMC工程師依據檢查列表進行把關檢查。

產品原理圖設計
在產品原理圖設計階段主要對產品內部的主芯片的濾波電路設計,晶振電源管腳的濾波電路,時鐘驅動芯片的濾波電路設計,電源輸入插座的濾波電路設計,對外信號接口的濾波電路設計,以及濾波和防護元器件選型,單板功能地和保護地屬性的劃分,單板螺絲孔的屬性定義等提出詳細的方案，確保濾波、接地的EMC手段在此階段進行實施。

我們通常設計以太網接口產品都會用到25MHZ或125MHZ時鐘，那么對時鐘電路的濾波處理就是原理圖設計階段的重點，需要考慮時鐘電路的電源以及走線如何濾波，磁珠、電阻如何選擇。

這個階段產品硬件原理圖設計人員根據詳細方案要求進行EMC原理圖詳細方案設計，品質或專門的EMC工程師依據檢查列表進行把關檢查。

產品PCB設計
在產品PCB設計階段，主要考慮對EMC影響巨大的層疊結構設計、關鍵元器件的布局考慮以及高速數字信號布線。層疊結構設計主要考慮高速信號與電源平面的回流。布局階段特別要考慮PCB上面的關鍵芯片器件擺放,如晶振位置,數字模擬電路設置,接口防護濾波電路的擺放,高頻濾波電容等擺放,PCB的接地螺釘個數和位置設置,連接器的接地管腳設置,地平面和電源平面的詳細分割等。在布線階段將重點考慮高速不跨分割，關鍵敏感信號的走線保護,減小串繞等。

曾經有一款產品由于晶振布局位置不當，靠近接口電纜導致電磁兼容輻射發射項目測試超標，就是因為在PCB布局階段沒有考慮好晶振這樣關鍵器件的布局！

這個階段產品PCB設計人員根據公司相關設計規范要求進行PCB單板的設計，品質或專門的EMC工程師依據檢查列表進行把關檢查。

產品結構設計方案
在產品結構方案設計階段,主要針對產品需要滿足EMC法規標準,對產品采用什么屏蔽設計方案、選擇什么屏蔽材料,以及材料的厚度提出設計方案,另外對屏蔽體之間的搭接設計,縫隙設計考慮，同時重點考慮接口連接器與結構件的配合。

如果我們設計一款ADSL上網的終端產品，進行結構設計就有金屬架構或塑料機構選擇，這對與EMC屏蔽會導致有完全不同的結果！另外對于金屬屏蔽結構產品，需要考慮接口如232、以太網口、USB接口連接器與結構搭接，保證搭接阻抗足夠小，否則會導致系統EMI測試超標！

這個階段產品結構設計人員根據公司相關設計規范要求進行產品的結構設計，品質或專門的EMC工程師依據檢查列表進行把關檢查。

產品初樣試裝
在產品初樣試裝階段,主要是對產品設計前期總體設計方案,詳細設計方案,PCB布局設計以及結構模型等各個環節的EMC設計控制措施的檢驗,看看前期提出設計方案的執行程度；另外主要檢查檢查電路單板與結構之間的配合,是否還存在EMC隱患,提前發現問題,便于后續做產品正樣的時候一起完善。

通常我們會在這個階段發現一些結構加工工藝問題以及設備內部電纜走線錯誤，需要更正。

這個階段主要是產品整機相關設計人員共同對產品樣品進行檢視評估，檢查出加工問題以及產品的EMC隱患，以便后續摸底測試與改進版本時完善。

產品EMC摸底驗證
在產品試裝完成后,如果沒有什么特別配合上面的問題,就可以對樣機按照總體設計方案預設的目標市場的法規標準進行EMC摸底測試,看看產品是否能夠滿足預設標準要求.前期設計方案能否滿足標準要求都需要在這個階段驗證出來,如果還存在什么問題就需要把存在的問題定位出來,便于產品在下次PCB改板和結構正樣的時候一起優化更改。

這個階段主要是EMC工程師共同按照產品銷售市場進行相應的EMC摸底測試，如果有小問題就進行修改，沒有問題就可以根據市場開拓情況決定是否啟動認證。

產品認證
如果在產品按照預先設計的方案和方法EMC測試能夠通過,那么我們可以進行產品的認證，如CE、FCC、VCCI等認證。

五、系統流程法實施效果

系統流程法確實能夠真正幫助企業從產品設計源頭把EMC問題解決，為企業節省大量的人力物力！目前國內外大公司的EMC設計都采取系統流程法，都取得很好的實施效果，通過流程建設都基本可以達到這樣一個宗旨：EMC設計同步產品設計，一次性把事情做好！

作者：吳衛兵

深圳市賽盛技術有限公司