产品设计EMC风险评估法

norman2799

产品设计EMC风险评估法
1.    简介
本书是讲述一种电子产品设计的EMC分析方法, 它从电子.电气产品设计的角度出发,讲述一种实用的EMC分析方法, 避免了从技术角度出发谈论EMC设计而出现的过于理论化问题, 通过本书所描述的EMC分析方法可以系统的指导开发人员避免产品开发过程中所碰到的EMC问题。这种方法还可以与电子产品的开发流程融合在一起，通过每个步骤的EMC分析，指出产品设计的EMC风险，并给出解决方案或改进建议，以提高产品EMC测试的通过率，降低产品开发成本。大量的实践证明，通过该方法分析而设计的产品，也同样能在EMI测试中获得非常高的通过率。正确使用该方法能将产品在第一轮或第二轮设计时，就通过所有的EMC测试，这种通过率在产品第一轮设计时为90％~100%之间，第二轮设计时为100％。本书以实用为目的，内容丰富，深入浅出，通俗易懂，相信它可以作为电子产品设计部门EMC方面必备参考书，也可以作为结构工程师、电子和电气工程师、PCB layout工程师、硬件测试工程师、质量工程师、系统工程师、EMC设计工程师、EMC测试工程师、EMC整改工程师、EMC仿真工程师及EMC顾问人员进行EMC培训的教材或参考资料, 还可以作为大专院校相关专业师生的教学参考书。

作者认为，对于EMC设计的境界，会经历4个阶段：
1、    整改阶段，此阶段是产品EMC设计的初级阶段。在这个阶段下，产品的第一轮设计过程中，并不会考虑EMC方面的问题，等到产品功能调试完成，样机出来后进行EMC测试时，才发现EMC问题的存在，于是通过采用各种临时措施使产品通过EMC测试。用这种方法即使使产品最终达到了标准规定的EMC要求，常常也会因要进行较大的改动，导致较高的成本。如，因为屏蔽问题往往会涉及结构模具改动，又如，因为接口滤波问题就会对产品原理图进行改动，同时导致PCB的重新设计，还有可能会因为系统接地问题，会对整个产品系统重新做调整，重新设计。深圳有一家著名的仪器企业某款产品由于电磁兼容问题整改导致产品延迟海外上市一年，同时研发费用增加五百万元人民币！这种通过研发后期测试发现问题然后再对产品进行的测试修补的方法，往往会导致企业产品不能及时取得认证而上市。它是目前很多走向国际市场公司研发部门所面临的困惑。整改的概念与企业产品开发流程也不符合。
2、    技术应用阶段。这个阶段，企业一般已经有了一定EMC的技术，并有时还会有专职的EMC工程师负责EMC工作，与其它开发人员一起在产品功能设计的同时，考虑EMC问题，如，在产品设计时会考虑滤波，屏蔽，接地等。企业的产品工程师还会通过短期的培训以掌握EMC设计的基本方法，甚至有些企业会将EMC设计与产品开发的流程结合在一起。能从设计流程的早期阶段就导入一定的EMC设计策略,从产品设计源头考虑EMC问题，这与整改阶段使用后期整改的方法来解决产品所有的EMC问题已经有了很大的进步，不但减少许多不必要的人力及研发成本，而且也缩短产品上市周期。 但是，处于这个阶段的EMC设计方法，也有很多局限性，具体表现在：
a.    参与EMC设计的工程人员掌握了一些EMC设计原理和理论知识，如，他们懂得如何设计滤波器、如何设计屏蔽，如何进行PCB布线布线，如何防止串扰等等，但是他们往往缺乏如何结合产品系统的特点，从产品系统结构构架上来考虑EMC问题的能力。
b.    设计过程中没有引入风险的意识，也没有风险评估手段，因此不能预测后期会产生后果，也没有量的把握，因此常常会出现“过设计”，导致产品设计成本增加。
c.    设计太理论化，而且各个部分的设计相对分散。如，各个EMC性能非常好的模块组合在一起不一定是一个EMC性能很好的系统。
d.    没有方法论的指导，因此，对于一些可以从多方面可以解释的设计，很容易引起争论。
其实，这阶段还是属于技术应用的混浊状态，纵然设计人员已经掌握了“技术”，但是还不能将其转化为简单可行的“方法”，因此也很难实现一些仿真。目前大多数企业（而且是国内EMC技术比较领先或投入比较多的企业）都处在这个状态中。
3、    方法论阶段，将1，2阶段的整改和技术应用上升为一种方法论，将复杂深奥的EMC设计技术转化为简单易懂的方法。通过方法论的系统指导，企业中的工程师可以系统的完成产品的EMC设计，并输出详细、系统的分析报告。分析有利有节，不但有充分的理论依据，而且还紧密与产品的特点结合在一起。如果说上一阶段的EMC设计是从技术本身出发的，那么这个阶段强调产品的本身，并实现技术与产品紧密结合。本书所述的“产品EMC设计风险评估法”是EMC设计技术发展到这个阶段的产物，它看上去似乎脱离的EMC技术本身，实质上与EMC技术是密不可分的，方法论也是建立在各种“零散”技术的基础上的。
4、    仿真阶段，设计人员要很好的运用仿真软件，建立一种符合产品实际情况的模型为产品设计服务，就要用方法论。方法论是仿真的基础和前提条件。它是产品EMC设计技术发展的最高阶段，仿真软件实现了方法论的电脑辅助自动化设计，大大减轻人工的投入，这是EMC设计技术的最高境界。没有方法论的指导，软件仿真犹如失去了“灵魂”躯体，这也是很多企业，在仿真软件上投入了大量的人力、物力和时间，但是没有取得突破性进展的主要原因。
本书所描述的”产品EMC设计与分析方法”就是一种实用的方法,它可以指导开发人员避免产品设计过程中所碰到的EMC问题。这种方法可以与电子产品的开发流程融合在一起，通过每个步骤的EMC分析，指出现有产品EMC设计的风险，并给出解决方案或改进建议，以提高产品EMC测试的通过率，降低产品开发成本。
本书描述的EMC设计分析方法也可以总结为一种方法论,即“产品EMC设计风险评估(分析)法”。其中EMC设计的风险分析过程包括如下几点：
(1)    “产品EMC测试计划的制定” ；
(2)    “产品的机械结构构架设计的EMC风险评估(分析)”，讲述如何产品的机械机构构架设计进行EMC分析并评估EMC风险；
(3)    “单板设计的EMC风险评估(分析)””，是对复杂产品机械结构构架EMC风险分析的补充,其内容与“产品的机械结构构架设计的EMC风险评估(分析)”基本一致；
(4)    “电路原理图设计EMC风险评估(分析)” 讲述如何对电路原理图进行EMC分析;
(5)     “PCB布局布线建议”，是对PCB布局布线提出合理的建议；
(6)    “PCB布局布线审查与EMC风险评估(分析)”，是对PCB布局布线建议落实情况的检查.
它的主线是共模电流，这种共模电流以标准IEC61000-4-4 或ISO7637-2/3中的电快速瞬变脉冲群（EFT/B）测试原理为基础，及当EFT/B干扰的共模电流施加在产品的各个输入输出信号端口上时，如何通过合理的产品构架设计和原理图、PCB设计，使测试时产生的共模电流，不流向产品内部电路的数字工作地（GND）或模拟工作地（AGND）部分，而使其流向结构地（包括产品的接地点、金属外壳、金属板等），或无法避免共模电流流向产品电路时，通过合理的电路设计方式和PCBlayout方式，使产品内部电路得到保护，最终降低EMC测试风险。大量的实践证明，通过该方法分析而设计的产品，也同样能在EMI测试中获得非常高的通过率。正确使用该方法能将产品在第一轮或第二轮设计时，就通过所有的EMC测试，这种通过率在产品第一轮设计时为90％~100%之间，第二轮设计时为100％。
第8章 “方法论之产品EMC设计风险评估(分析)法”是本书的核心，描述“产品设计EMC风险评估法”的具体内容及企业如何将“产品设计EMC风险评估法”与产品的开发流程结合。第8章又是对前七章所描述的产品EMC设计与分析方法内容的总结,并将其转化为"方法论"。第9章 “产品EMC设计风险评估(分析)法之应用实例”是该方法的一个应用实例，其它章节均是该方法的一些理论基础和原理的详细解释，其包括：
第一章、EMC测试及EMC设计基本概念，是常用EMC测试简介及EMC设计理论基础。
第二章、关注产品中的共模电流，讲述产品进行EMC设计与分析的基础测试项目：EFT/B测试的机理，产品机械结构构架对共模电流，及共模电流对产品EMC影响的实质及意义。
第三章、电缆、 连接器的应用及EMC分析方法。EMC测试从连接器电缆开始。而EMC测试是衡量电子产品EMC性能优劣的首要依据,因此，连接器电缆与产品的EMC性能有着重要的影响，特别是当有共模电流流过电缆和连接器时。通过本章对电缆、连接器对产品EMC性能影响的原理讲述，读者可以理解如何设计电缆、连接器在产品中的位置，如何解决互联连接器产生EMC问题等等。
第四章、产品接地、隔离、浮地的EMC设计与分析方法。讲述接地、隔离与浮地的实质，及产品中采用接地、隔离与浮地技术时应该考虑的问题，及如何采用。如接地点对共模电流的路径起着重要作用。隔离在一定频率下已经不是隔离了。浮地也未必解决所有的共模EMC问题。
第五章、印制线、地平面、金属板的阻抗及其EMC分析方法。阻抗是一个很基础的概念，但是阻抗却对EMC有着重要的意思。通过本章的分析，读者将了解各种印制线、PCB地平面、金属板的阻抗，及其对产品EMC性能的影响。从而告诉读者如何设计PCB板中的印制线、地平面，及机械结构件金属板。
第六章、滤波、去耦 、旁路的设计与EMC分析方法。讲述滤波、去耦 、旁路的原理及与共模电流关系。
第七章、产品中的串扰防止设计与EMC分析方法。串扰在产品的EMC设计中也是相当重要的一部分，从前几章的分析可以得知，一个良好的产品构架设计，必须避免干扰共模电流流过产品内部电路，使其导向大地，、低阻抗的外壳、或电路中非敏感电路区。这样就出现了一个必须考虑的串扰问题，即干扰共模电流流径区域与共模电流不流径的敏感电路区域，如果不考虑串扰问题，那么这两个区域之间必然存在电场（容性耦合）或磁场（感性耦合）的耦合，最终导致设计失败。同样，对于电路内部的EMI噪声源电路，如时钟发生电路、时钟传输线路、开关电源的开关回路、高频信号线路等，其产品的EMI噪声或共模电压也必须被隔离在电路内部，避免与外围的电路或电缆产生耦合最终形成辐射。这就是本章节所需讨论串扰问题两方面。
第十章、产品的防雷击浪涌、ESD和差模EMC问题设计与分析。第二章至第九章，主要讲的是关于如何设计出在高频EMC性能较高的产品，围绕的核心是共模电流，这是电子产品设计的难点，也是产品EMC设计成败的关键，如果一定要给出这些设计内容在产品整个EMC设计中所占的比例，那么笔者认为是80％，或更高。但是，水桶能装水的容量，取决与木桶中最短的木板，而非最长的木板，作为产品EMC性能的整体，产品设计者不得不考虑剩下的一部分EMC问题，即低频问题（150KHz以下）、差模电流相关的问题、及ESD抗绕度设计。于是本书的第十章就产生了。本章的核心内容包括如下3个方面：
1、    产品的防雷与防浪涌设计；
2、    EMC中的差模问题处理方法；
3、    产品抗ESD设计。
很多企业、专家给本书的编写和出版提供了帮助。上海易湃科电磁技术有限公司是一家专业从事EMC测试仪器的研发、生产和销售及EMC技术咨询的公司。易湃科公司的专家们提倡走专业自主研发，自主研发的产品不但涉及EMC抗扰度测试仪器还涉及EMI测试仪器，同时他们还积极开展EMC技术，特别是电子产品的EMC设计技术的咨询业务，为国内很多需要EMC技术的公司提供了专业的帮助，解决EMC问题的同时，为产品及时争取到了上市的时间。本书编写的过程中，易湃科公司的总经理赵大勇先生给此书提出了很多宝贵的意见。
此外，安世亚太公司的专家们也为此书提供了很多宝贵意见及素材，特别值得感谢的是徐劼勇副总裁、刘源博士、王乐硕士。作为Simlab、FEKO以及ANSYS等众多优秀仿真软件在中国区域的代理，安世亚太能够为电子产品系统提供从板级到系统级的完整EMC仿真分析解决方案，协助企业快速、高效、低成本、高质量地推出新产品。
另外本书的编写还得到了法国EMC专家Alain.charoy 、Renzo. Piccolo、 Didier. Doucet及英国EMC专家W. Michael King的帮助，他们为作者在本书的编写过程中所碰到的技术疑难问题给予了细心的解答。还有电子工业出版社的编辑张榕女士， 在此向以上给本书提供帮助的专家们表示衷心的感谢。另外,值得庆幸的是本书所属的所有技术观点,都经过实践的检验,并有相关应用案例保存,限于本书的篇幅,作者不能将所有的应用案例写入其中,对此深感歉意。本书中所涉及的一些理论公式也许仅仅是近似估算公式,但它将为工程师进行产品的EMC分析提供很大的帮助. 如果读者在阅读本书过程中有对本书所述的技术观点有任何疑问,欢迎与作者联系并讨论,或索要相关应用案例。

sharp312

展会上买了一本，很实用的一本书

jiangweiamo

老郑同志，还是没脱离那个框框呀。想找一些跟其他书有区别的地方。