電磁兼容、電磁干擾是一個(gè)由來(lái)已久的技術(shù)問(wèn)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”現象。當時(shí)，人們日常生活中越來(lái)越多使用諸如冰箱、洗衣機等有突然開(kāi)關(guān)的電子設備，啟動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾，會(huì )影響電視畫(huà)面、收音機音質(zhì)。

 

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模擬電視“雪花”現象(圖片來(lái)源：WIKI)

 

本世紀初以來(lái)，消費者的生活逐漸被3C電子產(chǎn)品和移動(dòng)應用所包圍?，F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的高壓輸電線(xiàn)等話(huà)題。電磁兼容性已經(jīng)成為產(chǎn)品的技術(shù)和安全門(mén)檻。

 

當然，EMC/EMI在專(zhuān)業(yè)從事電子產(chǎn)品設計研發(fā)的工程技術(shù)人員眼里：是一個(gè)方程，一套近乎完整的標準體系，以及相應完善的設計、測試、驗證的行業(yè)架構。

 

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

 

簡(jiǎn)單地說(shuō)，電磁兼容就是關(guān)于設備或系統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(shí)間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設備（系統、子系統、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(lái)EMC是個(gè)問(wèn)題

但只是一個(gè)“不成問(wèn)題的問(wèn)題”

 

 

一輛無(wú)法啟動(dòng)的汽車(chē)

 

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(zhuān)家演講中舉例，北京某微波站附近經(jīng)常發(fā)生汽車(chē)突然無(wú)法啟動(dòng)，而將車(chē)推離現場(chǎng)幾十米后問(wèn)題會(huì )消失。

 

推車(chē)照片及相關(guān)電磁干擾測試結果，因為涉及車(chē)企不便分享，但是，這個(gè)場(chǎng)景足以說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題——在“汽車(chē)”都開(kāi)始變成“電子車(chē)”的時(shí)代，電磁兼容、電磁干擾不再只與產(chǎn)品的“效果”和“合規”有關(guān)，而是涉及產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)性能是否能實(shí)現以及產(chǎn)品安全。

 

 

EMC問(wèn)題：越智能，越復雜

 

看得更遠一點(diǎn)，今天的科技正在把未來(lái)規劃成一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)、智能化的世界。

 

高速路段上車(chē)輛使用自動(dòng)駕駛/輔助駕駛，并裝備大量的電子娛樂(lè )和通信設備，醫院使用大量的電子輔助設備，每個(gè)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施都開(kāi)始智能化。

 

 

這些場(chǎng)景下發(fā)生電磁兼容問(wèn)題的后果，可能是交通、醫療事故，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(wèn)題將面臨全然不同的新挑戰。

 

EMC China 2019研討會(huì )上，一位業(yè)界專(zhuān)家這樣總結道：“EMC設計的重心已不僅是滿(mǎn)足整機檢測認證標準，更是要保障復雜電磁環(huán)境中各關(guān)鍵功能、性能的可靠實(shí)現，確保新技術(shù)落地。”

 

智能化使電磁兼容問(wèn)題變得更復雜，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(chǎng)景中。無(wú)論智能汽車(chē)、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)的電子設備，而且應用場(chǎng)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)、新應用呢？

 

1. 智能汽車(chē)

 

汽車(chē)智能化，不僅指車(chē)內設備使用智能化電子技術(shù)，還包括了整車(chē)的智能化——自動(dòng)駕駛、輔助駕駛、車(chē)輛在道路上的互聯(lián)。智能汽車(chē)需要使用大量的傳感器，需要視覺(jué)和高速攝像，要配置大屏顯示、語(yǔ)音、手勢等交互功能；導航已經(jīng)汽車(chē)標配，智能汽車(chē)還會(huì )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(chē)的電磁兼容問(wèn)題帶來(lái)全方位、多方面的挑戰。

 

 

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(kāi)始使用人臉識別、語(yǔ)音人機互動(dòng)。家居智能化必須引入綜合布線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )通信、安全防范等技術(shù)要素，實(shí)現物聯(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(chǎng)景、多連接的環(huán)境下，怎樣保證EMC不影響設備的性能和安全？

 

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、醫療、交通、物流、市政管理、以及平安城市要用到的安防預警。城市管理智能化技術(shù)要素包括大數據、云計算、高清視覺(jué)、物聯(lián)網(wǎng)，用到大量視覺(jué)監控、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(chǎng)景、多系統、以及極高的安全性要求，是電磁兼容在這個(gè)領(lǐng)域的新課題。

 

 

4. 智能制造

 

工業(yè)4.0、無(wú)人工廠(chǎng)概念正在將工業(yè)生產(chǎn)交給機器人和各種自動(dòng)化管理系統，比如物料管理、產(chǎn)線(xiàn)監控、質(zhì)量管理。智能制造涉及工業(yè)視覺(jué)、自動(dòng)化、無(wú)線(xiàn)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定和安全。

 

5. 智能終端

 

與人們日常生活息息相關(guān)的莫過(guò)于智能終端，除了手機還有AR/VR、智能穿戴、智能音箱、個(gè)人健康管理終端。

 

以手機為例，最大的技術(shù)挑戰莫過(guò)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(yǔ)音、AI、多個(gè)攝像頭、實(shí)現無(wú)線(xiàn)快充、指紋/人臉識別、心率儀；而5G和折疊屏時(shí)代即將到來(lái)！怎樣才能要防止電池和天線(xiàn)、天線(xiàn)與多媒體組件、組件模塊之間、組件和系統相互干擾？

 

OMG！

對電磁兼容工程師來(lái)說(shuō)

 

這是最好的時(shí)代

這是最壞的時(shí)代

這是智慧的時(shí)代

 

新技術(shù)帶給EMC五大挑戰

 

智能化趨勢下的新技術(shù)、新挑戰，帶給EMC設計新的痛點(diǎn)——有意發(fā)射和無(wú)意發(fā)射共存，EMC三要素不容易區分，角色不分彼此，不同場(chǎng)景下關(guān)系相互轉換。EMI問(wèn)題相互交叉關(guān)聯(lián)，傳統的屏蔽、接地、濾波、隔離等設計方法很難繞過(guò)這些痛點(diǎn)。

 

這使得EMC的設計難度增大了一個(gè)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(shí)已晚、改無(wú)可改的境地；另一方面，如果進(jìn)行芯片EMC預先評估，面對的將會(huì )是問(wèn)題場(chǎng)景無(wú)法復現的尷尬?，F有EMC應對策略難以滿(mǎn)足要求，流程上也存在缺陷。

 

智能時(shí)代的EMC設計需要新策略

 

要確保新技術(shù)的落地，EMC解決方案應該要盡量提前識別和評估風(fēng)險，提前設計和改善EMC性能。做到這點(diǎn)，需要在芯片和整機之間，建立一種評估方法，模擬失效機理，對應問(wèn)題場(chǎng)景進(jìn)行評估衡量。新的EMC應對策略要從原理設計、布局、PCB設計和制造、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(jìn)程中的問(wèn)題。 （*注：本報道諸多觀(guān)點(diǎn)和素材整理自EMC China2019研討會(huì )的嘉賓演講.）