電磁兼容、電磁干擾是一個由來已久的技術(shù)問題。下圖是20世紀七八十年代模擬電視受干擾產(chǎn)生的“雪花”現(xiàn)象。當(dāng)時，人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓蕉嗍褂弥T如冰箱、洗衣機等有突然開關(guān)的電子設(shè)備，啟動所產(chǎn)生的電磁干擾，會影響電視畫面、收音機音質(zhì)。

 

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模擬電視“雪花”現(xiàn)象(圖片來源：WIKI)

 

本世紀初以來，消費者的生活逐漸被3C電子產(chǎn)品和移動應(yīng)用所包圍?，F(xiàn)在的消費大眾不僅關(guān)心手機、微波爐的輻射安全，還關(guān)注住家附近即將架設(shè)的高壓輸電線等話題。電磁兼容性已經(jīng)成為產(chǎn)品的技術(shù)和安全門檻。

 

當(dāng)然，EMC/EMI在專業(yè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的工程技術(shù)人員眼里：是一個方程，一套近乎完整的標準體系，以及相應(yīng)完善的設(shè)計、測試、驗證的行業(yè)架構(gòu)。

 

國家標準GB/T4365-1995《電磁兼容術(shù)語》對電磁兼容所下的定義為：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。”

 

簡單地說，電磁兼容就是關(guān)于設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力和對外騷擾程度。研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備（系統(tǒng)、子系統(tǒng)、甚至廣義的還包括生物體）如何共存并不致引起降級。

 

看起來EMC是個問題

但只是一個“不成問題的問題”

 

 

一輛無法啟動的汽車

 

最近，在上海舉辦了第十八屆中國電磁兼容技術(shù)論壇(EMC China2018)上，一位業(yè)界專家演講中舉例，北京某微波站附近經(jīng)常發(fā)生汽車突然無法啟動，而將車推離現(xiàn)場幾十米后問題會消失。

 

推車照片及相關(guān)電磁干擾測試結(jié)果，因為涉及車企不便分享，但是，這個場景足以說明一個問題——在“汽車”都開始變成“電子車”的時代，電磁兼容、電磁干擾不再只與產(chǎn)品的“效果”和“合規(guī)”有關(guān)，而是涉及產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)性能是否能實現(xiàn)以及產(chǎn)品安全。

 

 

EMC問題：越智能，越復(fù)雜

 

看得更遠一點，今天的科技正在把未來規(guī)劃成一個萬物互聯(lián)、智能化的世界。

 

高速路段上車輛使用自動駕駛/輔助駕駛，并裝備大量的電子娛樂和通信設(shè)備，醫(yī)院使用大量的電子輔助設(shè)備，每個人都佩戴諸多智能可穿戴產(chǎn)品，而日常生活中家居和安全設(shè)施都開始智能化。

 

 

這些場景下發(fā)生電磁兼容問題的后果，可能是交通、醫(yī)療事故，智能網(wǎng)絡(luò)癱瘓，甚至消費者安全。在全球各行各業(yè)熱炒智能化概念的大趨勢下，電磁兼容問題將面臨全然不同的新挑戰(zhàn)。

 

EMC China 2019研討會上，一位業(yè)界專家這樣總結(jié)道：“EMC設(shè)計的重心已不僅是滿足整機檢測認證標準，更是要保障復(fù)雜電磁環(huán)境中各關(guān)鍵功能、性能的可靠實現(xiàn)，確保新技術(shù)落地。”

 

智能化使電磁兼容問題變得更復(fù)雜，主要是因為智能化需要引入大量新的技術(shù)，或者將技術(shù)用到全新的場景中。無論智能汽車、智能家居、智慧城市、智能制造、還是智能終端，都將使用高密度、多互聯(lián)的電子設(shè)備，而且應(yīng)用場景交互，并相互影響。

 

那么，今天廣為熱議的五大智能化領(lǐng)域，需要使用哪些新技術(shù)、新應(yīng)用呢？

 

1. 智能汽車

 

汽車智能化，不僅指車內(nèi)設(shè)備使用智能化電子技術(shù)，還包括了整車的智能化——自動駕駛、輔助駕駛、車輛在道路上的互聯(lián)。智能汽車需要使用大量的傳感器，需要視覺和高速攝像，要配置大屏顯示、語音、手勢等交互功能；導(dǎo)航已經(jīng)汽車標配，智能汽車還會使用4G/5G、BT、WIFI、CAN、MOST、LIN等各種通訊技術(shù)。使用這些新技術(shù)給汽車的電磁兼容問題帶來全方位、多方面的挑戰(zhàn)。

 

 

2. 智能家居

 

家電創(chuàng)新讓我們身邊的白色家電增加了觸摸屏、攝像頭，智能家居開始使用人臉識別、語音人機互動。家居智能化必須引入綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、安全防范等技術(shù)要素，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能需要各種通訊協(xié)議，比如Zigbee、4G/5G、BT、WIFi、紅外、Z-wave。在這樣多標準、多場景、多連接的環(huán)境下，怎樣保證EMC不影響設(shè)備的性能和安全？

 

3. 智慧城市

 

智慧城市涉及到城市生活和管理中的各行各業(yè)，比如智能的交通、教育、醫(yī)療、交通、物流、市政管理、以及平安城市要用到的安防預(yù)警。城市管理智能化技術(shù)要素包括大數(shù)據(jù)、云計算、高清視覺、物聯(lián)網(wǎng)，用到大量視覺監(jiān)控、環(huán)境傳感、電子標簽、圖形識別、以及交互和通訊協(xié)議。全場景、多系統(tǒng)、以及極高的安全性要求，是電磁兼容在這個領(lǐng)域的新課題。

 

 

4. 智能制造

 

工業(yè)4.0、無人工廠概念正在將工業(yè)生產(chǎn)交給機器人和各種自動化管理系統(tǒng)，比如物料管理、產(chǎn)線監(jiān)控、質(zhì)量管理。智能制造涉及工業(yè)視覺、自動化、無線通信、云計算、人機接口等技術(shù)要素，大量使用圖像識別、環(huán)境傳感、電子標簽之外，還需要WIFI、BT以及非常穩(wěn)定的局域網(wǎng)。電磁兼容性能要保障高級別的人機交互的穩(wěn)定和安全。

 

5. 智能終端

 

與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的莫過于智能終端，除了手機還有AR/VR、智能穿戴、智能音箱、個人健康管理終端。

 

以手機為例，最大的技術(shù)挑戰(zhàn)莫過于非常高的集成度——盡管已經(jīng)取代相機、mp3、GPS，人們還希望手機擁有更大容量電池，增加智能語音、AI、多個攝像頭、實現(xiàn)無線快充、指紋/人臉識別、心率儀；而5G和折疊屏?xí)r代即將到來！怎樣才能要防止電池和天線、天線與多媒體組件、組件模塊之間、組件和系統(tǒng)相互干擾？

 

OMG！

對電磁兼容工程師來說

 

這是最好的時代

這是最壞的時代

這是智慧的時代

 

新技術(shù)帶給EMC五大挑戰(zhàn)

 

智能化趨勢下的新技術(shù)、新挑戰(zhàn)，帶給EMC設(shè)計新的痛點——有意發(fā)射和無意發(fā)射共存，EMC三要素不容易區(qū)分，角色不分彼此，不同場景下關(guān)系相互轉(zhuǎn)換。EMI問題相互交叉關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)的屏蔽、接地、濾波、隔離等設(shè)計方法很難繞過這些痛點。

 

這使得EMC的設(shè)計難度增大了一個量級。一方面，如果等到整機測試并做逆向整改，可能處于為時已晚、改無可改的境地；另一方面，如果進行芯片EMC預(yù)先評估，面對的將會是問題場景無法復(fù)現(xiàn)的尷尬?，F(xiàn)有EMC應(yīng)對策略難以滿足要求，流程上也存在缺陷。

 

智能時代的EMC設(shè)計需要新策略

 

要確保新技術(shù)的落地，EMC解決方案應(yīng)該要盡量提前識別和評估風(fēng)險，提前設(shè)計和改善EMC性能。做到這點，需要在芯片和整機之間，建立一種評估方法，模擬失效機理，對應(yīng)問題場景進行評估衡量。新的EMC應(yīng)對策略要從原理設(shè)計、布局、PCB設(shè)計和制造、整機組裝、測試驗證、檢測認證、到量產(chǎn)，做全流的優(yōu)化，才能確保EMC不成為智能化進程中的問題。 （*注：本報道諸多觀點和素材整理自EMC China2019研討會的嘉賓演講.）