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化二，作为一名高级硬件和资深EMC工程师，与它们打交道已十载有余，在技术的道路上，经历的是曲折、坎坷、挫折；感受的是迷茫、沮丧、兴奋；付出的是汗水、心血；收获的是荣誉、质疑（也许说“误解”更好）、体谅；留下的是自信、执着、友情；分享的是苦恼、快乐、技术…… （内容有点长，但是满满的干货） ◆◆◆◆◆ EMC问题已经无所不在，想学趁早◆◆◆◆◆ 电子、信息、通信、电气、半导体技术的飞速发展，给环境造成了严重的电磁污染，同时电子产品的高速化、低功耗（低电压）、高集成度的发展趋势日益加剧，让电子产品对EMC敏感性日前增加。接口芯片烧毁或损坏、产品“误动作”或死机、EMC测试不通过等EMC问题层出不穷，产品返修率高、研发投入巨大的产品因EMC问题不能上市或出口到欧 美，公司现场产品维护投入多，故障“归零”…….这些EMC问题，着实令公司研发人员、高层经理人员头痛与无奈。 从某种程度上来说，“世界上只有两种工程师，一种，已遇到了EMC麻烦，另一种，即将遇到EMC麻烦！” 因此，EMC知识，越早接触，越早学习与熟悉，对作为电子产品研发的工程师来说，很重要！
◆◆◆◆◆学好EMC，理论联系实践◆◆◆◆◆ EMC理论涉及到电磁场、天线等，买本EMC书回家一看，什么矢量分析、散度定理、什么麦克斯韦定理、什么高斯定理、什么安培定理、什么法拉第定理……简直是天书！很多想学习或了解EMC知识的朋友，也许看到了这么大深奥的理论，即使信心满怀或激情万丈，也会倍感垂头丧气或摇头叹气！“哎，我不是电磁场与电磁波专业的研究生毕业，数学或电磁场理论太差，今生只能与EMC说再见了！”。 ◆ 作为EMC或电子信息技术菜鸟出身的化二，从业EMC的出身门槛不好，大学是热能与动力工程（船舶动力装置方向），研究生是机械制造及其自动化（特种加工方向），电子信息方面的知识，也就是大学的基础课程：电工学（包罗数字电路、模拟电路、电机、电路，毕业时有点印象）与大学物理（涉及到电磁场，毕业时知识给抛进了太平洋）！ 作为实践性、实战性的 EMC，不是深奥的理论，也不需要这些高深的理论，更不是为了发论文或评教授服务，而是面向工程或技术服务。 ◆ 这些理论的推导，无非是解释产生EMI问题的根源： （1）天线：环路天线、偶极性天线，以及它们的发射公式； （2）骚扰源：有电流或电压突变的地方； （3）近场与远场的区别：波长/6； （4）近场电磁波的阻抗特性（为屏蔽作理论解释），电场波是高阻抗的，磁场波是低阻抗的； （5）屏蔽：电磁波的反射定理（阻抗不匹配）、电磁波的涡流定理（吸收）与集肤效应。 因此，当高深的电磁场理论转化为工程技术时，其理论就变得如此简单明了！作为非电磁场专业毕业的工程师，要真正入门EMC，就必须绕开这此理论或专家教授，选择一些通俗易懂、实战性高的EMC书籍。 周志敏、杨继深、郑军奇、朱立文、钱振宇、马永健、白同云、杨克俊等EMC大牛，均是实战型、工程型的EMC专家，他们写的书还是比较适合解决实际 EMC问题的工程师研读的。 ◆◆◆◆◆解决EMC测试问题，“实践+思考”=简单◆◆◆◆◆ 刚入道硬件设计时，化二参与仿制某著名公司的无人值守机房环境监控装置，负责里面的C8051F020单片机编程、指示灯板的PCB设计，由于项目经理 的工作很忙，杂七杂八的工作均落在我身上，什么电路板焊接、领料、调试，以及后期的EMC或环境测试。 由于是仿制行业著名公司的产品，我认为其硬件是完善的，因此尽可能的少改动，A/D采集电路、信号调理电路、开关电源等几乎一模一样，我们仅更换了 PCB与单片机，很多的技术条件（研发产品的技术要求），完全来源于该仿制产品的说明书。 ◆ 这是我第一次接触真正的EMC测试（抗干扰），在ESD、电源浪涌与EFT测试中，单片机老是复位重启或死机，由于工作之初由于经验不足，折腾一个多月才 勉强解决了EMC问题，说起来很简单：在单片机的复位引脚端加一个560pF的小电容，就解决了ESD问题；在AC220V电源上增加一个IEC滤波器将 OK。 ◆ 但是这个月来，化二找了不少资料，了解到EMC是什么，EMC的三要素，EMC有哪些测试项目等。EMC给化二的感觉就是，“EMC简单，就是电容+滤波器！”。这种狂妄的态度，加上公司方面缺乏真正的EMC经验丰富的，大家出了ESD、EFT等测试问题，一般会来找我，毕竟化二也看了点EMC的书（郑军奇、杨继深、杨克俊、周志敏），能道出一个所以然出来。EMC不就是三要素“干扰源、耦合途径、敏感设备”，以及解决EMC的三斧头“接地、屏蔽、滤波”！绝大多数的抗干扰问题，也是可以解决的，在实践中，本性“狂妄+勤奋+好学”的化二为逐步成为EMC测试问题整改的专家！现在追忆起来，那时的化二时应该是入道EMC整改了！大凡教授或专家，将一个简单的EMC问题复杂化，搞出一大堆数学与理论物理的东东（如矢量分析、Maxwell方程），发论文，很深奥，让人看不懂！ ◆ 但是俺是工程技术人员，就是将那些被专家或教授复杂的EMC问题，简单化，可实施化，让别人一看就懂！一个ESD设备测试与校验的小问题，专家可以成就一本专著或一个标准；一个简单电容解决的滤波问题，博士可以出一篇论文，写什么切比雪夫、什么多阶滤波器设计等！如果我们没有实践与思考，光看那些教授或专家的著作，你是永远无法入门EMC！因此，在这样的学者的教导下，你可能成为“叫兽”；在这样专家忽略下，你可能变成了“砖家”，但我们是工程师，解决实际问题，简单、实用、高效就行！ 幸者，化二，领悟EMC真知，源于实践，少走了弯路！ ◆◆◆◆◆在实践中积累EMC经验 ◆◆◆◆◆ 化二，遇到了不少想入门EMC的网友，他们想通过培训或看书，精通EMC，由于缺乏EMC实践经验，感觉EMC实践复杂、EMC理论太深奥，导致学习 EMC的热情和积极性丢失了！ 入门EMC，要从自己熟悉的领域：譬如硬件工程师在做测试时，看看其标准；遇到问题找点资料，通过几个案例的整改，积累自已的EMC信心；电容选型或滤波器设计时，了解其寄生参数；防护电路设计时，了解TVS、ESD、VR、GDT等器件的优劣，这些是硬件工程师的基本工程，但却是最精华、最重要的 EMC基础。 当一名硬件工程师，对EMC测试方法、测试标准、EMC整改均熟悉或积累到一定程度后，就会在今后的工作中，灵活运行这些知识或经验！ 化二谈资深EMC工程师的知识架构——因专而精广 作为EMC工程师，化二认为下述知识必须精深与完备： （1）精通或熟悉EMC实验与测试标准：不了解产品的EMC实验方法或测试标准，去参与或主持EMC设计，或出EMC方案，是相当滑稽与可笑的： A）ESD放电测试，只针对金属连接器外壳，绝不允许对连接器内的针脚直接放电，因此，为了通过ESD测试，在接口电路加TVS管，简单是浪费器件成本（当然，一些须热插拔的高速通信端口，加TVS管防护是必要的）。 B）实验员大意，没有按EMC测试标准摆放线缆或设备，导致测试结果的不可重复性（尤其是RE），甚至领导怀疑你的诚信水平。 C）曾经有位同仁，拿成熟的铁路或民用产品的EMC设计方案，去设计军用或汽车的电子设备的EMC（信号线上有共模电感），去做军品的CS测试（采用BCI注入方式），全部失败，化二建议去掉共模电感后，一次性通过。 D）测试标准的去耦或耦合网络是很有学问的，其去耦网络实际上是一个极优秀、极有针对性的滤波电路啊！（铁路产品EMC设计的圣地——北交大研究生告诉化二，如果EMC不通过，要求设计滤波电路的话，老师会建议去研读基础标准）。EMC标准中，也给于了干扰产生机理与电路，有利于你的干扰特性的理解。 ◆ （2）精通接口电路的硬件原理： EMC设计，尤其是电路防护设计，主要针对的是接口电路（如RS232、RS485、CAN）。如果你不了解被保护对像——接口电路的工作原理、芯片特性，去设计防护电路，可能会犯一些低级的错误。 A）某产品的CAN总线的防护设计中，使用了电阻值近10欧的自恢复保险丝，影响长远离通信，而该电路在RS485、RS422接口电路防护已成功 应用，深究其原因，CAN总线的电压为2V，而RS485的却为5V，串联10欧电阻，对RS485通信产生的压降（0.6V）可以忽略。B）某产品的RS485的防护设计中，化二照搬供应商的参考电路，TVS管、气体放电管、电阻去耦，但在浪涌（1.2/50us）的测试中，接口芯片经常 损坏或通信失败（干扰消失后，通信不能恢复正常，芯片发烫）等，后来仔细检查，发现是接口芯片里面集成的TVS管响应速度比外加的TVS管要快，导致外加大功率的TVS管不响应而不起保护功效。 ◆ （3）精通开关电源以及前级电路的滤波设计： EMC问题，除了上述接口电路外，接下来就是开关电源选择或其前级的防护或滤波设计。开关电源的绝缘耐压、线性调整率、负载调整率、输出纹波、响应速度、 器件的可靠性，直接影响产品的可靠性与EMC性能。化二曾经遇到过CE与RE不通过，我们未怀疑是电源的原因（开关电源通过3C认证，是国外品牌），整改了很长时间，才发现，是开关电源的AC220V输入 /DC12V输出之间的寄生电容过大，导致主板的干扰通过该电容耦合到AC220V电源线上。我们要求供应商更换变压器或在DC12V输出端添加高频滤波 共模电感给予解决。化二曾经按供应商的建议，在开关电源前级添加经典防雷电路（600V的气体放电管、470V的压敏电阻14D471K），通过浪涌测试，在现场实验时， 经常出现压敏电阻自燃、低阻抗等失效模式；而未加防雷电路的设备，现场运行良好。最后，查明开关电源通过其滤波或绝缘耐压防雷，其抗浪涌性能高达 1800V，因此，我们前级防雷电路的动作电压或残压可以提高很多（1200V的气体放电管、560V的压敏电阻），不仅通过了浪涌2KV、4KV的测 试，现场运行也是完好的。 ◆ （4）精通PCB板的EMC与SI设计： PCB板的EMC设计，对于ESD、RE、CS、RS来说，至关重要，上述测试不通过的最主要因素就是PCB走线的不合理。磁通对消、环路最小、电 源完整性、高速信号的反射与振荡、信号线之间的串扰，PCB板级的接地设计，作为EMC工程师，必须能够发现PCB工程师的走线错误或不合理之处。从化二的EMC经验来看，没有PCB走线的EMC设计，想通过结构屏蔽、接口滤波、接地，而通过EMC测试，其风险与整改成本是巨大或不可接受的。而 PCB走线合理的话，不增加设计或器件成本，却可以轻易的通过EMC测试。建议：华为的PCB的EMC设计、富士康的PCB的EMC设计，是这个方面的精华或经典著作，EMC与PCB工程师必须读通、读透、读懂！ ◆ （5）了解结构的EMC设计：结构屏蔽与搭接、结构的绝缘防护与ESD测试、结构缝隙与孔洞、屏蔽线缆的接地等工艺与技巧问题，做为结构与EMC工程师必然了解。当接口电路、开关电 源、PCB板已完成或EMC性能无法改变的情况下，可以通过结构设计来规避部分EMC风险。 ◆ （6）精通滤波与防护器件的特性：电容、电阻、电感、共模扼流圈、磁珠、气体放电管、压敏电阻、TVS管、TSS、保险丝，作为EMC工程师，必须了解其特性，尤其是弱点或不足，否 则，EMC工程师设计的防护与滤波电路，必然不可靠或存在风险。 ◆ （7）精透“接地”的真谛：“地是信号或干扰的返回路径！”这一点，EMC工程师必须牢记。 “接地”的技巧是EMC中最精深的、最难懂、最根本性的问题！化二还是那句老话，“读懂了接地，你明白EMC真谛！”没有良好的接地设计，一切EMC、安规耐压、SI、抗干扰（防雷）设计，均是神马或浮云 “接地”与“隔离”，“接地”与“防雷”、“接地”与“串扰”，“接地”与“耐压防护”，“接地”与“滤波”等学习与知识面极广！化二折腾EMC久了，总结EMC问题多了，才慢慢会明白，“接地”设计是EMC工程师的根与本！ ◆ （8）熟悉现场的电磁干扰特性与抑制方法 。通过EMC测试的设备（即使按最严酷的EMC标准测试），到现场运行时，还会因为电磁干扰而出问题，只是出问题的概率或机会少很多罢了。 EMC测试，是干扰特性与机理，有三四年的EMC折腾经验工程师，会将它摸清，一些防护器件与滤波器也是对其有很好的针对性。因此，一个产品通过EMC测试，对于资深的EMC工程师来说，应该是比较容易的，但是应对现场的电磁干扰，就需要我们EMC工程师弯下腰、沉下心、扎进去，用眼、用心、用示波器、频谱分析仪、用时间去观察或着磨！最终，熟悉某现场或行业电磁干扰的产生机理、干扰特性、耦合路径，并针对现场干扰，改进设备 的EMC性能，最终形成产品行业内竞争优势——也许这是EMC工程师最大的职责，也是最难处理的EMC问题！铁路、电力、汽车、船舶、民用、航空等应用环境，其电磁干扰特性是迥然不同的，但是EMC设计方法是相通的。大家一起努力吧，为中国电子产品的可靠性提升加油！！
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发表于 2019-1-23 10:36:44
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