中國電子企業的電磁兼容設計挑戰及應對策略分析
發布時間:2007/8/28 0:00:00 訪問次數:1585
作者:蔣萬良,工程部經理;吳衛兵,首席EMC專家 深圳市賽盛技術有限公司
How To Meet EMC Challenges Facing Chinese Electronics Manufactures
Contents: This article mainly introduces the recent international and domestic requirements of electromagnetic compatibility, describes the current situation of domestic enterprises, and gives some solutions about how to solve the electromagnetic compatibility problems.
本文主要介紹目前國際和國內一些電磁兼容(EMC)要求,以及中國本土企業所處現狀,并對如何從設計層面解決所面臨的電EMC問題給出一些策略。只要企業改變過去的設計觀念,提高工程師的設計水平,建立一套實踐性強的設計流程,就可以很從容地解決EMC問題。
工業設備、醫療儀器、信息技術設備、汽車電子、電力自動化設備等產生的電磁干擾不僅會干擾公共安全和通信設備的工作,相互間干擾還可能造成性能下降乃至無法工作,甚至產生事故和損壞設備,而且對居民的日常生活甚身體健康會造成一定影響和危害。因此保護電磁環境、防止電磁干擾、解決電磁兼容的問題,已引起世界各國及相關國際組織的普遍關注。
上世紀90年代以來,許多國家都相繼頒布相關法令、管理規范及標準,紛紛采取措施加強對產品的電磁兼容認證。如歐盟規定所有進入歐盟的電子、電器產品必須符合CE認證的要求;而進入北美地區的電子產品,必須滿足FCC認證要求。從2003年8月1日開始,中國也對強制性產品認證進行執法監督,對于屬于《第一批實施電磁兼容安全認證的產品目錄》內的產品,沒有通過3C認證的,則不得出廠銷售、進口或在經營性活動中使用。后續這個強制認證目錄還會不斷地增加產品種類,最終達到所有的電子產品都需要進行強制認證。
目前所有發達地區都對電子產品的出口都有電磁兼容的強制要求,而且中國也正有計劃地按步驟對電子產品實施強制認證。因此中國企業不論產品是出口還是內銷,都會面臨這樣一個問題,即如何使自己的產品滿足相應市場中的電磁兼容要求,快速取得相關認證,從而順利進入目標市場。
電磁兼容設計是一門以電磁場理論為基礎,包括信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學,同時也是一門實踐性比較強的學科,需要產品工程師掌握豐富的實踐知識。而目前來講,中國具有豐富電磁兼容理論與實踐知識的硬件工程師相對較少。除了缺少專業的EMC設計人才,很多企業沒有具體明確EMC責任人,沒有具體負責的EMC工程師,企業沒有產品EMC設計流程,于是在電磁兼容設計方面遇到不少的挑戰。
表: 不同類別產品需要通過的電磁兼容標準與認證。
如何有效應對電磁兼容要求挑戰?
產品不能通過電磁兼容要求的認證,就不能進入對應的市場,因此企業必須解決電磁兼容這個難題。從經驗來看,以下是一些有效應對電磁兼容挑戰的對策:
首先,在研發前期考慮電磁兼容設計。對于電磁兼容問題,大部分企業都在產品設計前期不考慮,都是寄希望在測試階段解決,也就是串行設計:產品功能設計完成后再進行產品EMC設計。所以表現為許多企業招聘EMC整改工程師來解決設計成型產品的EMC問題,這樣大量的人力和物力都投入在后期的測試/驗證、整改階段。即使產品整改成功,但大多情況下整改涉及電路原理、PCB設計、結構模具的變更,研發費用會大大增加,周期會大大延長。其實整個電磁兼容問題產生的源頭是單板的電路設計,解決問題的辦法通常是在設計的過程中進行電路的濾波設計、接地設計、PCB設計以及結構體屏蔽設計。只有在前期產品設計過程中考慮電磁兼容問題,才能從根本上解決。因此作為電子設備企業,公司整體需要有這樣的意識:在研發前期考慮電磁兼容設計,并行和同步于產品功能設計,一次性把產品設計好。
其次,企業需要解決產品設計工程師的電磁兼容經驗與意識問題。作為產品的硬件工程師,除了原先必須掌握的電路設計知識外,還必須掌握EMI輻射的設計知識以及一定的抗干擾設計方法,如ESD靜電抗干擾。這樣硬件工程師才能在產品設計過程中,如原理圖設計、PCB設計階段考慮電磁兼容問題,保證后續產品驗證時能通過測試。另外,PCB設計工程師也需要掌握相應的器件布局、層疊設計、高速布線方面的EMC設計知識,保證不因為PCB設計不良產生EMC問題。結構工程師需要了解產品結構的屏蔽設計知識,了解開孔、縫隙處理方面的知識,保證不產生輻射泄露。但目前中國大部分企業硬件工程師、PCB工程師、結構工程師、系統工程師等都缺乏相應的EMC經驗。所以企業內部需要通過一定專業技能培訓學習,彌補經驗的不足,同時在實踐中加以應用,才能使公司的整體電磁兼容設計水平快速提升。
第三,建立一套規范的EMC設計體系。目前全球做的比
作者:蔣萬良,工程部經理;吳衛兵,首席EMC專家 深圳市賽盛技術有限公司
How To Meet EMC Challenges Facing Chinese Electronics Manufactures
Contents: This article mainly introduces the recent international and domestic requirements of electromagnetic compatibility, describes the current situation of domestic enterprises, and gives some solutions about how to solve the electromagnetic compatibility problems.
本文主要介紹目前國際和國內一些電磁兼容(EMC)要求,以及中國本土企業所處現狀,并對如何從設計層面解決所面臨的電EMC問題給出一些策略。只要企業改變過去的設計觀念,提高工程師的設計水平,建立一套實踐性強的設計流程,就可以很從容地解決EMC問題。
工業設備、醫療儀器、信息技術設備、汽車電子、電力自動化設備等產生的電磁干擾不僅會干擾公共安全和通信設備的工作,相互間干擾還可能造成性能下降乃至無法工作,甚至產生事故和損壞設備,而且對居民的日常生活甚身體健康會造成一定影響和危害。因此保護電磁環境、防止電磁干擾、解決電磁兼容的問題,已引起世界各國及相關國際組織的普遍關注。
上世紀90年代以來,許多國家都相繼頒布相關法令、管理規范及標準,紛紛采取措施加強對產品的電磁兼容認證。如歐盟規定所有進入歐盟的電子、電器產品必須符合CE認證的要求;而進入北美地區的電子產品,必須滿足FCC認證要求。從2003年8月1日開始,中國也對強制性產品認證進行執法監督,對于屬于《第一批實施電磁兼容安全認證的產品目錄》內的產品,沒有通過3C認證的,則不得出廠銷售、進口或在經營性活動中使用。后續這個強制認證目錄還會不斷地增加產品種類,最終達到所有的電子產品都需要進行強制認證。
目前所有發達地區都對電子產品的出口都有電磁兼容的強制要求,而且中國也正有計劃地按步驟對電子產品實施強制認證。因此中國企業不論產品是出口還是內銷,都會面臨這樣一個問題,即如何使自己的產品滿足相應市場中的電磁兼容要求,快速取得相關認證,從而順利進入目標市場。
電磁兼容設計是一門以電磁場理論為基礎,包括信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學,同時也是一門實踐性比較強的學科,需要產品工程師掌握豐富的實踐知識。而目前來講,中國具有豐富電磁兼容理論與實踐知識的硬件工程師相對較少。除了缺少專業的EMC設計人才,很多企業沒有具體明確EMC責任人,沒有具體負責的EMC工程師,企業沒有產品EMC設計流程,于是在電磁兼容設計方面遇到不少的挑戰。
表: 不同類別產品需要通過的電磁兼容標準與認證。
如何有效應對電磁兼容要求挑戰?
產品不能通過電磁兼容要求的認證,就不能進入對應的市場,因此企業必須解決電磁兼容這個難題。從經驗來看,以下是一些有效應對電磁兼容挑戰的對策:
首先,在研發前期考慮電磁兼容設計。對于電磁兼容問題,大部分企業都在產品設計前期不考慮,都是寄希望在測試階段解決,也就是串行設計:產品功能設計完成后再進行產品EMC設計。所以表現為許多企業招聘EMC整改工程師來解決設計成型產品的EMC問題,這樣大量的人力和物力都投入在后期的測試/驗證、整改階段。即使產品整改成功,但大多情況下整改涉及電路原理、PCB設計、結構模具的變更,研發費用會大大增加,周期會大大延長。其實整個電磁兼容問題產生的源頭是單板的電路設計,解決問題的辦法通常是在設計的過程中進行電路的濾波設計、接地設計、PCB設計以及結構體屏蔽設計。只有在前期產品設計過程中考慮電磁兼容問題,才能從根本上解決。因此作為電子設備企業,公司整體需要有這樣的意識:在研發前期考慮電磁兼容設計,并行和同步于產品功能設計,一次性把產品設計好。
其次,企業需要解決產品設計工程師的電磁兼容經驗與意識問題。作為產品的硬件工程師,除了原先必須掌握的電路設計知識外,還必須掌握EMI輻射的設計知識以及一定的抗干擾設計方法,如ESD靜電抗干擾。這樣硬件工程師才能在產品設計過程中,如原理圖設計、PCB設計階段考慮電磁兼容問題,保證后續產品驗證時能通過測試。另外,PCB設計工程師也需要掌握相應的器件布局、層疊設計、高速布線方面的EMC設計知識,保證不因為PCB設計不良產生EMC問題。結構工程師需要了解產品結構的屏蔽設計知識,了解開孔、縫隙處理方面的知識,保證不產生輻射泄露。但目前中國大部分企業硬件工程師、PCB工程師、結構工程師、系統工程師等都缺乏相應的EMC經驗。所以企業內部需要通過一定專業技能培訓學習,彌補經驗的不足,同時在實踐中加以應用,才能使公司的整體電磁兼容設計水平快速提升。
第三,建立一套規范的EMC設計體系。目前全球做的比