電磁兼容、電磁干擾是一個由來已久的技術問題。下圖是20世紀七八十年代模擬電視受干擾產生的“雪花”現象。當時，人們日常生活中越來越多使用諸如冰箱、洗衣機等有突然開關的電子設備，啟動所產生的電磁干擾，會影響電視畫面、收音機音質。

 

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模擬電視“雪花”現象(圖片來源：WIKI)

 

本世紀初以來，消費者的生活逐漸被3C電子產品和移動應用所包圍。現在的消費大眾不僅關心手機、微波爐的輻射安全，還關注住家附近即將架設的高壓輸電線等話題。電磁兼容性已經成為產品的技術和安全門檻。

 

當然，EMC/EMI在專業從事電子產品設計研發的工程技術人員眼里：是一個方程，一套近乎完整的標準體系，以及相應完善的設計、測試、驗證的行業架構。

 

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

 

簡單地說，電磁兼容就是關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論壇(EMC China2018)上，一位業界專家演講中舉例，北京某微波站附近經常發生汽車突然無法啟動，而將車推離現場幾十米后問題會消失。

 

推車照片及相關電磁干擾測試結果，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品的“效果”和“合規”有關，而是涉及產品的關鍵技術性能是否能實現以及產品安全。

 

 

EMC問題：越智能，越復雜

 

看得更遠一點，今天的科技正在把未來規劃成一個萬物互聯、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備，醫院使用大量的電子輔助設備，每個人都佩戴諸多智能可穿戴產品，而日常生活中家居和安全設施都開始智能化。

 

 

這些場景下發生電磁兼容問題的后果，可能是交通、醫療事故，智能網絡癱瘓，甚至消費者安全。在全球各行各業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。

 

EMC China 2019研討會上，一位業界專家這樣總結道：“EMC設計的重心已不僅是滿足整機檢測認證標準，更是要保障復雜電磁環境中各關鍵功能、性能的可靠實現，確保新技術落地。”

 

智能化使電磁兼容問題變得更復雜，主要是因為智能化需要引入大量新的技術，或者將技術用到全新的場景中。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、多互聯的電子設備，而且應用場景交互，并相互影響。

 

那么，今天廣為熱議的五大智能化領域，需要使用哪些新技術、新應用呢？

 

1. 智能汽車

 

汽車智能化，不僅指車內設備使用智能化電子技術，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。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；導航已經汽車標配，智能汽車還會使用4G/5G、BT、WIFI、CAN、MOST、LIN等各種通訊技術。使用這些新技術給汽車的電磁兼容問題帶來全方位、多方面的挑戰。

 

 

2. 智能家居

 

家電創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、網絡通信、安全防范等技術要素，實現物聯網功能需要各種通訊協議，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，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要素包括大數據、云計算、高清視覺、物聯網，用到大量視覺監控、環境傳感、電子標簽、圖形識別、以及交互和通訊協議。全場景、多系統、以及極高的安全性要求，是電磁兼容在這個領域的新課題。

 

 

4. 智能制造

 

工業4.0、無人工廠概念正在將工業生產交給機器人和各種自動化管理系統，比如物料管理、產線監控、質量管理。智能制造涉及工業視覺、自動化、無線通信、云計算、人機接口等技術要素，大量使用圖像識別、環境傳感、電子標簽之外，還需要WIFI、BT以及非常穩定的局域網。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，最大的技術挑戰莫過于非常高的集成度——盡管已經取代相機、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、實現無線快充、指紋/人臉識別、心率儀；而5G和折疊屏時代即將到來！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

 

新技術帶給EMC五大挑戰

 

智能化趨勢下的新技術、新挑戰，帶給EMC設計新的痛點——有意發射和無意發射共存，EMC三要素不容易區分，角色不分彼此，不同場景下關系相互轉換。EMI問題相互交叉關聯，傳統的屏蔽、接地、濾波、隔離等設計方法很難繞過這些痛點。

 

這使得EMC的設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預先評估，面對的將會是問題場景無法復現的尷尬。現有EMC應對策略難以滿足要求，流程上也存在缺陷。

 

智能時代的EMC設計需要新策略

 

要確保新技術的落地，EMC解決方案應該要盡量提前識別和評估風險，提前設計和改善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，對應問題場景進行評估衡量。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，做全流的優化，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.）