电磁兼容(EMC)设计如何融入产品研发流程
品慧电子讯如何使自己的产品满足相应市场中电磁兼容(EMC)标准要求,从而快速低成本的取得相关认证,顺利的进入目标市场?这是每一个向国际化转型公司研发都会面临的问题与困惑,各个企业产品研发部门面临着巨大挑战。
一、业界面临的现状
目前国内企业在EMC设计方面的现状是:“三个没有”
(1)产品工程师没有掌握EMC设计方法。由于国内研发工程师大多没有接受系统的全面的EMC培训经历,更没有电磁兼容产品的相关设计经验!遇到产品EMC设计问题不知如何解决?
(2)企业没有产品EMC设计流程。企业内部没有一套针对EMC设计流程,EMC性能设计的好坏完全取决于个别产品开发人员的素质和经验,使得公司开发出来的产品电磁兼容性能没有一致性的保证,通常都会在某个环节出现问题,导致产品多数在后期不能顺利的通过测试与认证,影响了产品的上市进度。
(3)企业没有具体明确EMC责任人。 企业没有一套对EMC性能负责的责任体系,没有专职的EMC设计工程师。因为EMC涉及整个产品的各个环节,整个公司没有明确的责任人,也就没有足够的关注,同时也不能协调整个产品各部分相关共同对产品最终EMC性能负责!
二、业界面临的问题
一个产品的设计都要经历:总体规格方案设计、详细设计、原理图设计、PCB设计、产品结构试装、摸底预测试、认证几个阶段。但是目前业界很多公司面临的最大问题都是在前期设计阶段没有考虑EMC方面问题,往往是在在产品样机出来再进行EMC摸底测试。结果大多数是不能测试通过的。出了问题再进行整改并需要对产品重新设计,常常会要进行较大改动。
这种通过后期测试发现问题,再对产品进行的测试修补法业界比较常见,结果往往会导致企业产品不能及时取得认证而上市,这也是目前很多走向国际市场公司研发部门所面临的困惑。
出现这种现状的根本原因是:没有把EMC问题在产品设计前期解决!
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三、系统流程法
对于一个企业来讲,目前迫切的是建立一套规范的EMC设计流程,把电磁兼容要求融入产品设计中去,这样才能保证企业大多产品经过这样的流程顺利通过测试认证。如果能从设计流程的早期阶段就导入正确EMC设计策略,同时研发工程师掌握正确的EMC设计方法,从产品设计源头解决EMC问题,将可以减少许多不必要的人力及研发成本,缩短产品上市周期。
那么,如何把EMC设计融入研发设计流程?我们根据国内外著名公司的EMC设计流程整理总结出一套先进的流程,我们称之为:系统流程法。
系统流程法,我们定义为:在研发流程中融入EMC设计理念,在产品设计的各个阶段进行EMC设计控制,把可能出现的EMC问题在研发前期进行考虑;设计过程中主要从产品的电路(原理图、PCB设计),结构与电缆,电源模块,接地等方面系统考虑EMC问题,针对可能出现EMC问题进行前期充分考虑,从而确保产品样品出来后能够一次性通过测试与认证!
四、系统流程法简介
系统流程法就是在产品设计的研发阶段,从流程上进行设计控制,确保EMC的设计理念,设计手段在各个阶段得以相应的实施,另外EMC设计从产品的系统角度进行考虑,而不是单纯的某个局部,只有这样才能保证产品最终的EMC性能。
系统流程法具体各个阶段工作内容如下:
1 产品总体方案设计
在总体方案设计阶段,要求对产品的总体规格进行EMC设计考虑,主要涉及产品销售的目标市场,以及需要满足的标准法规要求,同时注意后续潜在目标市场的EMC标准和法规的要求。基于以上对产品的EMC标准法规的要求提出产品的总体EMC设计框图,并详细制定产品EMC设计总体方案,如系统的屏蔽如何设计,系统整个电源拓扑基础上滤波如何设计,产品的接地如何系统考虑等。
这个阶段产品研发人员提出EMC总体方案,品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
2 产品详细方案设计
在产品详细方案设计阶段,主要提出对产品总体硬件EMC设计方案,如:电源接口,信号接口,电缆选型,接口结构设计,连接器选型等提出详细的EMC设计与选型要求.确保后续实施过程中能够重点关注注意这些要点。
这个阶段产品硬件设计人员根据已有的规范提出EMC详细方案,品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
3 产品原理图设计
在产品原理图设计阶段,主要对产品内部的主芯片的滤波电路设计,晶振电源管脚的滤波电路,时钟驱动芯片的滤波电路设计,电源输入插座的滤波电路设计,对外信号接口的滤波电路设计,以及滤波和防护元器件选型,单板功能地和保护地属性的划分,单板螺丝孔的属性定义等提出详细的方案,确保滤波、接地的EMC手段在此阶段进行实施。
这个阶段产品硬件原理图设计人员根据详细方案要求进行EMC原理图详细方案设计,品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
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4 产品PCB设计
在产品PCB设计阶段,主要考虑对EMC影响巨大的层叠结构设计、关键元器件的布局考虑以及高速数字信号布线。层叠结构设计主要考虑高速信号与电源平面的回流。布局阶段特别要考虑PCB上面的关键芯片器件摆放,如晶振位置,数字模拟电路设置,接口防护滤波电路的摆放,高频滤波电容等摆放,PCB的接地螺钉个数和位置设置,连接器的接地管脚设置,地平面和电源平面的详细分割等。在布线阶段将重点考虑高速不跨分割,关键敏感信号的走线保护,减小串绕等。
这个阶段产品PCB设计人员根据公司相关设计规范要求进行PCB单板的设计,品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
5 产品结构设计方案
在产品结构方案设计阶段,主要针对产品需要满足EMC法规标准,对产品采用什么屏蔽设计方案、选择什么屏蔽材料,以及材料的厚度提出设计方案,另外对屏蔽体之间的搭接设计,缝隙设计考虑,同时重点考虑接口连接器与结构件的配合。
这个阶段产品结构设计人员根据公司相关设计规范要求进行产品的结构设计,品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
6 产品初样试装
在产品初样试装阶段,主要是对产品设计前期总体设计方案,详细设计方案,PCB布局设计以及结构模型等各个环节的EMC设计控制措施的检验,看看前期提出设计方案的执行程度;另外主要检查检查电路单板与结构之间的配合,是否还存在EMC隐患,提前发现问题,便于后续做产品正样的时候一起完善。
这个阶段主要是产品整机相关设计人员共同对产品样品进行检视评估,检查出加工问题以及产品的EMC隐患,以便后续摸底测试与改进版本时完善。
7 产品EMC摸底验证
在产品试装完成后,如果没有什么特别配合上面的问题,就可以对样机按照总体设计方案预设的目标市场的法规标准进行EMC摸底测试,看看产品是否能够满足预设标准要求.前期设计方案能否满足标准要求都需要在这个阶段验证出来,如果还存在什么问题就需要把存在的问题定位出来,便于产品在下次PCB改板和结构正样的时候一起优化更改
这个阶段主要是EMC工程师共同按照产品销售市场进行相应的EMC摸底测试,如果有小问题就进行修改,没有问题就可以根据市场开拓情况决定是否启动认证。
8 产品认证
如果在产品按照预先设计的方案和方法EMC测试能够通过,那么我们可以进行产品的认证,如CE、FCC、VCCI等认证。
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