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1、EMC技術的現(xiàn)狀與需求

很多企業(yè)和設備工程設計者一直在探索一種產(chǎn)品的EMC設計分析方法，它根據(jù)產(chǎn)品的實際設計情況，對應產(chǎn)品EMC設計的EMC相關因素逐個進行分析，過程中設計者可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品EMC設計的缺陷，然而，在工程應用中，還有存在如下問題和需求：

1)   某一個EMC設計點做不到是否會導致EMC測試失?。炕蚰骋粋€EMC設計點我做了是否EMC測試就可以通過？

2)   設計者雖然明白某些措施是有效的，但總是在成本、付出與EMC測試成敗的結果之間猶豫，簡單的說總是有一個問題困擾著設計者,”我知道此措施有效，但在不加此措施的情況下，是否也有可能讓產(chǎn)品EMC測試通過？”

不進行EMC測試的情況下，是否能否評定產(chǎn)品的EMC性能？

2、產(chǎn)品EMC設計風險評估概念與目的

EMC風險評估旨在為有效的設備、系統(tǒng)或工程現(xiàn)場的EMC風險應對提供基于證據(jù)的信息和分析，按手段分類可以分為EMC設計風險評估和EMC測試風險評估。EMC測試風險評估基于EMC測試。EMC測試風險評估已是目前普遍而常用的評估技術，一般直接稱為“EMC測試“，最終的輸出是EMC測試報告。EMC設計風險評估基于EMC設計，利用風險評估的手段對產(chǎn)品的EMC設計方案進行評估，這樣可以評價或預知產(chǎn)品的EMC性能或EMC測試的通過率。

產(chǎn)品EMC設計風險評估是一項利用成熟的風險評估技術和手段對產(chǎn)品、系統(tǒng)的EMC設計特性而展開的一項評估活動，它可以獨立存在也可以在企業(yè)開展的風險管理過程中與其它活動（如EMC測試、EMC對策、評審溝通等）相結合。

3、EMC設計風險評估原則和依據(jù)

EMC設計風險評估的依據(jù)是通過分析產(chǎn)品的機械架構和PCB設計，以評估產(chǎn)品EMC測試失敗的可能性。一般包括兩個組成部分：

a) 產(chǎn)品的機械構架EMC設計風險評估；

b) PCB EMC設計的風險評估。

4、EMC設計風險評估基礎機理和模型

4.1 產(chǎn)品機械構架EMC設計風險評估機理和理想模型

4.1.1產(chǎn)品機械構架設計EMC風險評估機理

產(chǎn)品的EMC設計的風險在于抗干擾（EMS）和電磁干擾（EMI）兩部分，其中，對抗干擾來說，其風險評估機理是基于分析產(chǎn)品EMC設計分析方法，即當產(chǎn)品的某個端口注入同樣大小的高頻共模電壓或同樣大小的共模電流時，不同的產(chǎn)品設計方案，就有不同大小的共模電流流過PCB，可以通過判斷流過PCB板的共模電流大小來評估產(chǎn)品機械構架設計的EMC抗擾度風險。機械構架設計中影響這種共模電流大小的因素即為產(chǎn)品機械構架抗干擾風險評估要素。

對EMI，當產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)時，由于產(chǎn)品內(nèi)部的信號傳遞，導致內(nèi)部的有用信號或噪聲無意中以共模電流的方式傳導到產(chǎn)品中可以成為等效天線的導體，形成輻射發(fā)射，如果這種無意中產(chǎn)生的共模電流，在傳導騷擾測量時傳導到測量設備LISN時，就產(chǎn)生傳導騷擾問題，產(chǎn)品機械構架設計的改變會改變這種電流的傳遞路徑與大小，較好的產(chǎn)品機械構架設計可以使得這種共模電流最小化，即風險最小，反之則反。機械構架設計中影響EMI電流大小的因素即為產(chǎn)品機械構架EMI風險評估要素。

總之，產(chǎn)品EMC設計分析方法的獲得是工程人員能對產(chǎn)品EMC設計進行風險評估的前提。

4.1.2產(chǎn)品機械構架設計EMC風險評估理想模型

產(chǎn)品EMC設計風險評估理想模型表示一個具有完美EMC設計方案的產(chǎn)品，產(chǎn)品EMC設計風險評估理想模型表示沒有EMC風險。產(chǎn)品機械構架EMC風險評估理想模型是一個在構架設計上能符合所有產(chǎn)品機械構架EMC設計的相關點要求的產(chǎn)品。

產(chǎn)品機械構架EMC風險評估理想模型可按照如下圖1所示：

圖1 產(chǎn)品機械構架設計EMC風險評估理想模型 

為了達到理想模型，以下設計點必須做到完美：

A：電纜的連接位置

B:  屏蔽電纜屏蔽層的搭接

C:  PCB外部的電源和信號輸入端口的濾波和防護

D：PCB板的工作地與金屬殼體之間的互連

E：不同PCB板之間的工作地的互連（通常通過結構件實現(xiàn)）

F: 產(chǎn)品內(nèi)部PCB互連信號端口的濾波和防護

G: 殼體各個金屬部件之間的搭接（考慮阻抗與縫隙處理）方式

H: 進入殼體后的電纜、連接器、PCB(可能有)、PCB板的工作地與金屬殼體之間的互連及產(chǎn)品金屬殼體之間所組成的回路面積。

I: PCB間的信號互連

J：殼體接地線

K:產(chǎn)品防ESD擊穿的風險評估

4.2 PCB設計的EMC風險評估機理和理想模型

4.2.1 PCB設計EMC風險評估機理

產(chǎn)品PCB設計的EMC風險評估是通過分析產(chǎn)品PCB端口電路受干擾機理和共模干擾電流流經(jīng)PCB時對電路形成干擾的工作機理的基礎上進行的，目的是為了評估PCB的電路可能存在的EMC風險等級。

產(chǎn)品PCB設計的EMC風險評估的機理也從抗干擾和EMI兩方面描述：

一方面，當同樣大小的高頻共模干擾電壓同時施加在信號電纜中的信號線和地線上時，如果不存在接口電路端口上的濾波電容,那么由于信號線與地線上的負載阻抗不一樣（信號線的負載阻抗較高）,共模干擾信號將會轉變成差模信號施加在器件信號端口和地之間。同時，在信號線上的電流也會很小，而大部分電流會沿著地線流動；如果存在接口電路端口上的濾波電容，電流經(jīng)過濾波電容后也會流向地線，并與電纜中地線上的電流疊加在一起形成流入PCB板的共模電流?？梢姡瑹o論是否存在濾波電容,在產(chǎn)品內(nèi)部，評估PCB中地阻抗是評估PCB的抗干擾能力的要素。

同時，干擾電流也會因為PCB中印制線之間的寄生電容（串擾），及PCB板中印制線與參考接地板之間的寄生電容形成回路。 可見PCB中印制線之間的寄生電容（串擾），及PCB板中印制線與參考接地板之間的寄生電容的大小直接影響PCB中電路受到的干擾大小，也是評估PCB板的抗干擾能力要素之一。

另一方面，PCB中高頻信號在工作地上回流時，也會產(chǎn)生壓降。該壓降會引起流向外部的共模電流，引起輻射，同時，PCB內(nèi)部的高頻信號也會因為PCB中印制線之間的寄生電容（串擾），及PCB板中印制線與參考接地板之間的寄生電容形成回路，這些回路中存在等效發(fā)射天線時，即產(chǎn)生輻射。 可見地阻抗，PCB中印制線之間的寄生電容（串擾），及PCB板中印制線與參考接地板之間的寄生電容的大小直接影響PCB對外的輻射大小，是評估PCB板的抗EMI水平的要素之一。

4.2.2  PCB EMC設計的理想模型

PCB EMC風險評估理想模型是一個在PCB設計上能符合所有原理圖和PCB的EMC設計相關點要求的PCB。PCB的EMC設計理想模型如下圖2所示：

圖2 PCB EMC設計風險評估理想模型

PCB的EMC理想模型將PCB中的導體分為A、B、C、D、E、F5類，并對5類區(qū)域進行完美的EMC設計（存在完美的EMC設計方案），按這5個分類PCB的EMC設計的風險評估要素（評估點）也可分為：

A:“臟”的區(qū)域；

B: 濾波、去耦、防護、串擾防止或隔離；

C: “干凈”區(qū)域：

D:  內(nèi)部噪聲區(qū)域、敏感電路區(qū)域；

E: 地平面；   

F: 層疊。

5 EMC設計風險評估步驟

根據(jù)標準的風險評估程序，可將EMC設計風險評估分為如下步驟進行：

1） EMC設計風險評估識別；

2） EMC設計風險分析；

3） EMC設計風險評價；

4） 風險評估報告。

風險評估是由風險識別、風險分析和風險評價構成的一個完整過程。通常風險評估活動內(nèi)嵌于風險管理過程中，與其他風險管理活動緊密融合并互相推動。為便于理解，圖3是EMC設計風險評估流程圖，表達了整個風險評估過程及風險評估過程中的關鍵參數(shù)描述。

圖3  EMC設計風險評估流程圖

6 EMC設計風險評估識別

6.1 產(chǎn)品機械構架EMC設計風險識別

產(chǎn)品的機械構架EMC設計風險識別是基于已建立的EMC機械構架設計理想模型上，對產(chǎn)品進行相對應的描述而進行的。EMC風險識別之前，設計者需要給出產(chǎn)品機械構架信息，它可以是產(chǎn)品的具體機械構架圖，配以表格來描述機械構架中產(chǎn)品接地情況、電纜類型及數(shù)量、殼體的材料、殼體有無縫隙等信息。

產(chǎn)品機械構架EMC設計部分風險評估要素（評估點）需要列出關鍵信息應見表1：

表1 產(chǎn)品機械構架EMC設計風險評估要素（評估點）信息表

6.2 產(chǎn)品PCBEMC設計風險識別

產(chǎn)品的PCB EMC設計風險識別是基于已建立的PCB EMC設計理想模型上，對產(chǎn)品中的各PCB進行相對應的描述而進行的。EMC風險識別之前，設計者需要描述PCB對應電路原理圖并對其進行EMC描述。具體描述的信息應包括PCB設計 EMC風險評估理想模型中所涵蓋的風險評估要素，并對具體采用方式加以說明。

7 EMC設計風險分析

產(chǎn)品的EMC設計風險分析根據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)識別的EMC風險評估要素（評估點）的關鍵信息，按產(chǎn)品機械構架和電路板的EMC設計理想模型進行評估分析，并獲取分析結果，如 屏蔽電纜的屏蔽層搭接：

屏蔽電纜的存在將導致本來要流入信號線的干擾電流轉移至屏蔽層上，電纜屏蔽會降低流入電纜及PCB上的共模干擾電流。為了充分發(fā)揮電纜屏蔽層的屏蔽效能，減小Pigtail效應，屏蔽層必須在連接器入口處與接地的金屬板或金屬連接器外殼相連，并做360度搭接，對于浮地設備必須與GND連接。用下表2屏蔽電纜的屏蔽層搭接評估要素的風險等級所述來確定該評估要素的風險等級。

表2屏蔽電纜的屏蔽層搭接評估要素的風險等級

 又如：產(chǎn)品內(nèi)部PCB互連信號端口的濾波和防護

PCB板之間的信號是產(chǎn)品抗干擾性能最薄弱的環(huán)節(jié)，如果PCB板之間互連線兩邊的工作地沒有通過低阻抗的金屬體進行互連，就意味著干擾電流流過一定會經(jīng)過互連排線/針，則應對所有互連連接器中的信號進行濾波處理，沒有濾波和防護的互連信號端口是高EMC風險信號。用下表3產(chǎn)品內(nèi)部PCB互連信號端口的濾波和防護評估要素的風險等級所述來確定該評估要素的風險等級。

表3 產(chǎn)品內(nèi)部PCB互連信號端口的濾波和防護評估要素的風險等級

8 EMC設計風險評價

基于EMC設計風險評估要素（評估點）的風險分析，設計者可以得到的每個風險評估要素（評估點）得風險等級為“高”、“中”、“低”三類，同時,可利用風險指數(shù)法，EMC風險評估專家或評估團隊還需要對每個風險評估要素（評估點）得出的三類等級賦于一定的值，即EMC設計風險評估要素的風險值。在獲得每個EMC設計風險要素的風險等級和風險值的基礎上，EMC風險評估專家或評估團隊還可以通過EMC設計風險評價的計算獲得產(chǎn)品整機EMC設計的風險值，產(chǎn)品整機EMC設計風險值的獲得是獲得產(chǎn)品整機風險等級的關鍵一步，而產(chǎn)品整機風險等級必須與產(chǎn)品的應用環(huán)境或EMC測試的等級要求緊密結合。

鑒于EMC設計風險要素的風險影響程度（風險系數(shù)）不同，對于風險影響程度等級為“Ⅰ”級（直接會導致EMC測試失敗的因素）的EMC設計風險要素，當它的風險分析結果為風險等級高或風險值為100時，一定會導致產(chǎn)品整機EMC設計較高的風險值和風險等級。同時，EMC風險評估專家或評估團隊還可以把風險等級按產(chǎn)品EMC測試項目的分類分成產(chǎn)品整機抗干擾風險等級和產(chǎn)品整機EMI風險等級。

對于產(chǎn)品整機抗干擾EMC設計風險等級：

當F1X=100時，R>80

當F1X≠100時，

R=K1×(F11+F13+…+F1n)/n+ K2×(F21+F22+…+F2m)/m+ K3×(F31+F32+…+F3L)/L…(1)

公式（1）中F12、F35不存在。

其中：

RI：產(chǎn)品整機抗干擾EMC設計風險值，為0~100；

Fxx: 風險評估要素的得分為0~100，由EMC設計風險評估專家基于EMC設計風險評估要素的風險等級和產(chǎn)品實際情況分析確認；

K1: 0.5；

K2: 0.3；

K3: 0.2。

基于以上產(chǎn)品整機抗擾度EMC設計風險值結果，再根據(jù)產(chǎn)品所選擇的應用環(huán)境等級，按下表4最終確定產(chǎn)品整機抗干擾EMC設計風險等級。

表4產(chǎn)品整機抗干擾EMC設計風險等級表

9 風險評估技術的應用意義

正確使用EMC風險評估技術，將揭開產(chǎn)品的黑盒，可以無需EMC測試而對產(chǎn)品進行EMC性能進行評價或合格評定，達到不進行昂貴的EMC測試就可以評定產(chǎn)品的EMC性能，也可以作為產(chǎn)品進行正式EMC測試之前的預評估，以降低企業(yè)研發(fā)測試成本。

產(chǎn)品的設計者或使用者，如果使用正確的EMC風險評估技術，就可以清楚的看到被評估產(chǎn)品在EMC方面存在的優(yōu)點、缺陷與風險，而且通過對優(yōu)點、缺陷與風險的分析和評估，可以預測產(chǎn)品EMC測試的通過率，通過這種概率可以幫助設計者作出是否需要增加成本去繼續(xù)改進自己的設計，降低EMC測試失敗的風險概率。