【導讀】電磁兼容性(EMC) 通常被定義為產(chǎn)品在其環(huán)境內發(fā)揮作用而不引入電磁干擾的能力。EMC 合規性是將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的必要條件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果產(chǎn)品未通過(guò)目標市場(chǎng)的EMC 合規性測試，則無(wú)法銷(xiāo)售該產(chǎn)品。
簡(jiǎn)介
電磁兼容性(EMC) 通常被定義為產(chǎn)品在其環(huán)境內發(fā)揮作用而不引入電磁干擾的能力。EMC 合規性是將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的必要條件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果產(chǎn)品未通過(guò)目標市場(chǎng)的EMC 合規性測試，則無(wú)法銷(xiāo)售該產(chǎn)品。
世界各地的監管機構均對設備被允許產(chǎn)生的輻射和傳導發(fā)射規定了限制。汽車(chē)和航空航天制造商甚至可能為其供應商設定了更為嚴格的標準。設計團隊非常清楚確保其產(chǎn)品符合EMC 規范的重要性，但許多團隊并未嘗試在設計期間執行EMC 分析。
有一種看法認為，在PCBLayout 期間進(jìn)行EMC 分析可能是項非常耗時(shí)的任務(wù)，不僅難以設置和正確配置，而且會(huì )產(chǎn)生難以解釋的結果。從歷史上看，基于設計的分析一直將焦點(diǎn)放在信號完整性(SI) 和電源完整性(Pi) 上，而EMC“分析”則是放在完成制造并測試實(shí)際產(chǎn)品之后手動(dòng)執行的。
人們經(jīng)常忽視的一點(diǎn)是，在設計階段添加自動(dòng)EMC 分析提供了避免在制造后出現EMC 合規性故障的機會(huì )。HyperLynx® DRC 提供了易于使用的EMC 分析功能，以及具有詳細記錄的規則檢查，其中包括對每項原則的解釋以及關(guān)于如何解決問(wèn)題的建議。通過(guò)在制造前的PCBLayout 期間的適當時(shí)間點(diǎn)添加自動(dòng)EMC分析，可以減少進(jìn)行重新設計的需要，從而影響產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本和整體上市時(shí)間。
電磁兼容性可能是個(gè)令人生畏和讓人困惑的話(huà)題，特別對于新手工程師和設計人員以及那些不太精通該主題的人員更是如此。此外，有關(guān)電磁兼容性(EMC) 和電磁干擾(EMI) 之間的差異，也經(jīng)常存在混淆。本文章的目的不在于提供有關(guān)EMC 和EMI 理論的深度教程，但快速回顧一下相關(guān)的定義還是非常適宜的。
如前所述，EMC 通常被定義為產(chǎn)品在其環(huán)境中發(fā)揮作用而不引入電磁干擾的能力。具體而言，產(chǎn)品必須：
■ 能夠耐受規定程度的干擾
■ 不會(huì )產(chǎn)生超過(guò)規定數量的干擾
■ 能夠保持自我兼容。
EMI 通常被定義為由于電磁感應或電磁輻射而對電路造成影響的干擾。
為進(jìn)一步簡(jiǎn)化這兩個(gè)定義：
EMC 是產(chǎn)品易受環(huán)境影響的程度，而EMI 則是給環(huán)境帶來(lái)的影響。
該主題非常復雜，致使人們認為，在PCB Layout 期間很難執行和解釋EMC 分析。但實(shí)際上，進(jìn)行設計內分析要比等待實(shí)際產(chǎn)品完成制造后再進(jìn)行測試更加輕松和經(jīng)濟高效，因為在后一種情況下，修復問(wèn)題需要投入的時(shí)間和成本要多得多。
有兩項統計數據足以證明進(jìn)行設計內測試的重要性。
1. 雖然EMC 測試實(shí)驗室未被要求提供平均EMC 測試合格率，但一些研究表明，首次合格率僅約50%。
2. EMC 合規性故障被認為是導致汽車(chē)行業(yè)重新設計的第二大常見(jiàn)原因。
鑒于EMC 故障需要進(jìn)行一次或多次重新設計，從而對產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和整體上市時(shí)間產(chǎn)生影響，在PCBLayout（EMC 合規性設計）期間執行EMC 分析是不可或缺的。
將EMC 分析“左移”至PCBLAYOUT 期間進(jìn)行
在工程領(lǐng)域，術(shù)語(yǔ)“左移”通常用于描述將通常放在設計流程后期階段執行的任務(wù)移動(dòng)（或轉移）到設計流程早期階段的行為。一般而言，轉移任務(wù)未必能夠消除流程后期對該任務(wù)的需求；其目的在于降低依賴(lài)性和改善結果。
在本例中，基于制造后EMC 測試結果執行的EMC 分析將被轉移，并且還會(huì )使用HyperLynxDRC 在PCB Layout 階段的適當時(shí)間點(diǎn)執行。左移的目的是為工程師和設計人員提供機會(huì )，在整體設計流程的更早階段執行相關(guān)任務(wù)，最終消除迭代并確保整體流程更加高效。從根本上說(shuō)，在PCBLayout 的各個(gè)階段進(jìn)行的每次分析，都能令整個(gè)設計流程得到改進(jìn)。應用的轉移程度越高，獲得的好處越大。
考慮典型使用案例。傳統上，工程師或設計人員會(huì )在PCB 設計期間執行一些非常簡(jiǎn)單的手動(dòng)EMC 分析，隨后依賴(lài)于制造后的EMC 測試結果來(lái)確定是否需要進(jìn)行更詳細的分析。在這種設計后分析環(huán)境中檢測到的任何EMC 問(wèn)題都必須回傳到設計人員采取糾正措施。完成第一組更改以解決在測試期間發(fā)現的EMC 問(wèn)題后，必須制作新的設計并重新開(kāi)始以上循環(huán)。
此外，人們還假設在測試期間發(fā)現的任何EMC 問(wèn)題的詳細信息都是可以分析和傳達的，以便設計團隊能夠解決這些問(wèn)題。這一假設的有效性將會(huì )因EMC 測試實(shí)驗室和設計團隊的專(zhuān)業(yè)知識水平而有所不同。
手動(dòng)檢查EMC 問(wèn)題不僅耗時(shí)，而且具有主觀(guān)性，可能不準確且容易出錯。通過(guò)使用HyperLynx DRC 將EMC 分析左移到自動(dòng)化設計內流程后，確定和解決EMC 問(wèn)題的周期時(shí)間便不再受制于外部影響。該分析越接近工程師或設計人員，運行頻率便越高，也就越容易在設計流程的更早期檢測和糾正問(wèn)題。
EMC 分析_ 在早期經(jīng)常運行
考慮到一項設計改進(jìn)往往可以同時(shí)降低EMC 排放和敏感性，在早期PCB Layout 的適當階段經(jīng)常運行分析，可以獲得顯著(zhù)的優(yōu)勢。許多設計團隊投入大量的精力來(lái)控制潛在的EMC/EMI 問(wèn)題，而不是花時(shí)間使用分析方法來(lái)抑制它們。
如前所述，HyperLynxDRC 可通過(guò)對布局和布線(xiàn)執行各種EMC 和EMI 規則檢查，來(lái)支持實(shí)現最佳Layout 設計。為了最大限度減少不確定性并確保正確使用，HyperLynx DRC 的功能具有以下特點(diǎn)：
■ 詳細記錄每條規則
■ 解釋每條規則的原則
■ 提供包含圖表的示例，詳細說(shuō)明需要的任何設置
■ 提供有關(guān)如何糾正問(wèn)題的建議。
HyperLynx DRC 提供的許多EMC 檢查都會(huì )查找不容易仿真的項目，例如跨越平面分割的走線(xiàn)、參考平面更改、屏蔽和過(guò)孔等。在EMC/EMI 分析期間可以檢查的一些其他問(wèn)題示例包括：
■ 殘留分支長(cháng)度
■ 濾波器件布局
■ 分割平面上的IC
■ I/O 耦合
■ 銅皮孤島
■ 靠近平面邊緣的網(wǎng)絡(luò )
■ 基準電壓錯誤的走線(xiàn)。
對于以上每個(gè)示例，用戶(hù)無(wú)需深入了解EMC/EMI 規則便可運行自動(dòng)分析。HyperLynx DRC 具有極強的自定義功能，用戶(hù)不僅可以使用其眾多的內置檢查，還可以編寫(xiě)自定義設計規則檢查。
表1 是應該在PCB Layout 的不同階段使用EMC 分析來(lái)檢查的項目示例。
請注意，某些情況下，需要在PCB Layout 的多個(gè)階段檢查同一項目。但這并不意味著(zhù)將同一參數檢查兩次，而是隨著(zhù)設計的進(jìn)展，可能需要重復進(jìn)行分析。例如，考慮網(wǎng)絡(luò )的最大過(guò)孔數。完成關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)后的分析結果，在設計周期后期添加電源和接地平面以及非關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò )之后可能會(huì )發(fā)生變化。
HyperLynxDRC 提供的EMC 分析結果非常準確，可以實(shí)現從結果到Layout 的交互顯示，并提供關(guān)于如何糾正問(wèn)題的建議?；疽巹t很少需要任何設置，但更高級的規則確實(shí)需要一些設置。因此，更好的結果在一定程度上取決于設計團隊的EMC 專(zhuān)業(yè)知識。
總結
對于大多數工程師和設計人員來(lái)說(shuō)，最大的成就莫過(guò)于在首次制造期間便生產(chǎn)出能夠以全速可靠工作，并且噪聲足夠低，無(wú)需使用昂貴的屏蔽和濾波便能通過(guò)EMC 合規性測試的產(chǎn)品。實(shí)現電磁兼容性是個(gè)重要的設計里程碑。HyperLynx DRC 將EMC 分析左移并嵌入到PCB 設計工具中，大幅降低了完成制造后出現EMC 合規性故障的可能性。
正如本文所討論的，添加自動(dòng)EMC 分析不應該是個(gè)孤立事件，而應該是在PCB Layout 的適當階段發(fā)生的一系列事件，從而幫助指導工程師和設計人員獲得具有更好的EMC 性能的物理實(shí)現。在工程師與分析之間建立這種直接關(guān)系，意味著(zhù)可以在PCBLayout 流程的每個(gè)階段應用支持EMC 合規性的關(guān)鍵設計決策。
在PCBLayout 流程中應用的每次EMC 分析左移，都能實(shí)現效率提升。任何左移計劃的最終目的都是讓設計系統能夠使用EMC 規則支持設計即正確的方法，以消除代價(jià)高昂的設計后迭代。
總之，通過(guò)使用HyperLynxDRC 將自動(dòng)EMC 分析添加到PCBLayout，工程師和PCB 設計人員將能夠：
■ 設計具有正確EMC 性能的物理實(shí)現
■ 減少對制造后EMC 分析的依賴(lài)
■ 提高在首次制造期間通過(guò)EMC 合規性測試的可能性
■ 自動(dòng)執行主觀(guān)、耗時(shí)而且可能容易出錯的手動(dòng)過(guò)程
■ 減少或消除設計周期后期的返工。
當然，以上優(yōu)勢還只是初期可以實(shí)現的優(yōu)勢。與任何新技術(shù)一樣，轉型將會(huì )分階段進(jìn)行。最初，設計團隊可能只關(guān)注一些精選的最關(guān)鍵、最容易出錯和導致誤解的基本規則。隨著(zhù)設計團隊逐漸熟悉HyperLynxDRCEMC 規則檢查，他們肯定也會(huì )努力強化其流程，從而提高相關(guān)產(chǎn)品的時(shí)效性、準確性和質(zhì)量。
目的是持續改進(jìn)流程。最后，將自動(dòng)EMC 分析添加到PCB Layout 對于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團隊和制造團隊來(lái)說(shuō)都是一個(gè)勝利，它能提高質(zhì)量，降低成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
