關(guān)于車載電子EMC，這里有最好的解決辦法

——聽說以車載電子產(chǎn)品為代表，對于最近的電子產(chǎn)品，很多電路設(shè)計(jì)人員都在為EMC對策犯愁。首先請您用外行也能理解的語言，簡單介紹一下EMC對策。

前野：基本來說，EMC就是指電子產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)具備的電磁抗干擾性和耐受性。EMC有EMI（電磁干擾）和EMS（電磁耐受）兩個(gè)方面。EMI是指電子產(chǎn)品工作時(shí)發(fā)出的電磁噪聲（以下簡稱噪聲）影響（干擾）周圍其他電子產(chǎn)品工作的現(xiàn)象。EMS是指電子產(chǎn)品受到周圍其他電子產(chǎn)品發(fā)出的噪聲干擾的現(xiàn)象。

也就是說，EMC對策既要遏制自身發(fā)出的噪聲，又要防止在周圍噪聲的影響下出現(xiàn)誤操作。簡單來說，就是防止電子產(chǎn)品成為噪聲的“加害者”或是“被害者”。

——EMC領(lǐng)域現(xiàn)在正在發(fā)生哪些變化？

前野：之所以有很多人會受到EMC對策的困擾，是因?yàn)镋MC對策的難度增加，出現(xiàn)的問題越來越多。最常出現(xiàn)的是關(guān)于高頻噪聲的問題。這是因?yàn)楦哳l噪聲轉(zhuǎn)化成電波后容易發(fā)散，而且，擁有高頻噪聲對策設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)人員太少。其實(shí)在很多情況下，印刷電路板的銅箔圖案（以下簡稱圖案）也不適合抑制高頻噪聲。

車載電子產(chǎn)品等許多電子產(chǎn)品的數(shù)字電路正逐年向高速化發(fā)展。高速化是指時(shí)鐘頻率提高，1秒時(shí)間里重復(fù)的周期縮短，也就是實(shí)現(xiàn)了高頻化。如此一來，高頻噪聲會隨之增加。而且必須使用支持高速化的半導(dǎo)體。但適合高速化的半導(dǎo)體大多對噪聲的耐受性比較差?？偠灾?，數(shù)字電路越向高速化、高頻化發(fā)展，就越容易產(chǎn)生噪聲、越容易受到噪聲的干擾。

過去，我們身邊的高頻電路只有FM廣播、電視機(jī)和收發(fā)器之類。日本的FM廣播的頻率是76～90MHz。不過，最近的車載電子產(chǎn)品等內(nèi)嵌的數(shù)字電路的時(shí)鐘頻率要高于FM廣播的頻率。

也就是說，最近的數(shù)字電路開始頻繁使用過去沒有設(shè)想到的高頻信號。但這些變化帶來的問題，也是電路設(shè)計(jì)人員之前很少遇到的。因?yàn)椴皇煜?，所以設(shè)計(jì)的圖案不合適，從而造成了問題。

而且，最近的產(chǎn)品增加了配備的接收器，而接收器對于噪聲比較敏感，這也加大了EMC對策的難度。汽車過去只配備AM廣播和FM廣播的接收器，而現(xiàn)在增加了電視接收器、ETC接收器、GPS接收器和藍(lán)牙接收器等。接收器會對非常微弱的信號作出反應(yīng)，因此，電子產(chǎn)品必須采取精密的噪聲對策，防止接收器受到干擾。

現(xiàn)在，面向自動駕駛的車車間通信已經(jīng)在開發(fā)，今后應(yīng)該會加快進(jìn)度。到那時(shí)，汽車配備的無線通信媒體還會更多，EMC對策今后也會變得越來越復(fù)雜。

——不只是車載設(shè)備，數(shù)字產(chǎn)品、家電產(chǎn)品和工業(yè)設(shè)備等其他電子產(chǎn)品似乎也存在數(shù)字電路需要采取高頻噪聲對策、配備的接收器越來越多的情況。那么，在車載電子產(chǎn)品特有的EMC對策中，最近有沒有特別引人關(guān)注的？

前野：有，就是混合動力車（HEV）和純電動汽車（EV）用電子產(chǎn)品的EMC對策。HEV和EV需要向驅(qū)動電機(jī)通入大電流，并且通過PWM （脈沖寬度調(diào)制）控制來控制電機(jī)。PWM信號本身是100A級的大電流，而且是脈沖信號，因此含有大量的諧波。也就是含有大量的高頻成分，很可能產(chǎn)生低頻到高頻的噪聲，成為其他電子產(chǎn)品的干擾源。

而且，HEV的電子產(chǎn)品使用高電壓。典型的混動系統(tǒng)使用650V電壓。通常的汽車，也就是“12V車”可以采用“-（負(fù)極）”端直接與車體接地的“車身接地”。這是因?yàn)槠胀ㄜ囀褂玫碾妷旱?，沒有觸電的風(fēng)險(xiǎn)。通過采用這種方式，比較容易降低電源線上的噪聲。

但是對于HEV使用的高電壓，就很難再直接采用車身接地的方法。因?yàn)楦唠妷河锌赡軐?dǎo)致觸電。噪聲對策的難度也相應(yīng)提高了。而且，伴隨多功能化和高功能化的發(fā)展，大量的電子產(chǎn)品密集地配置在一起，這也增加了EMC對策的難度?，F(xiàn)在的汽車配備50多個(gè)電子產(chǎn)品。內(nèi)置的MCU動輒超過100個(gè)。這些電子產(chǎn)品都密密麻麻地?cái)D在狹小的空間里。

其實(shí)，電路板小型化對于EMC對策是有利的。因?yàn)樾⌒突馕吨炀€變小，不容易接收到噪聲。但電路板縮小后，相同的空間會擠進(jìn)更多的電子產(chǎn)品。從而導(dǎo)致EMC環(huán)境惡化。

——有讀者評價(jià)您的講座“功率電子等車載電子產(chǎn)品的EMC兼容設(shè)計(jì)”富有實(shí)踐性。為什么能做到這樣呢？

前野：可能是因?yàn)槲以谥v課的時(shí)候，為了方便實(shí)際運(yùn)用，會注意介紹電子產(chǎn)品產(chǎn)生的具體現(xiàn)象，并且回到基礎(chǔ)理論的層面講解現(xiàn)象。也就是盡可能將實(shí)際產(chǎn)品與理論結(jié)合起來，這應(yīng)該是我講課的一個(gè)特點(diǎn)。

學(xué)術(shù)性講座大多是以講解基礎(chǔ)理論為主，雖然能夠?qū)挿旱剡M(jìn)行學(xué)習(xí)，但運(yùn)用到設(shè)計(jì)現(xiàn)場還存在一定難度。而擁有實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)的講師在講課時(shí)會結(jié)合大量實(shí)例，雖然通俗易懂，但不具備普遍性，聽眾很難在實(shí)際工作中活學(xué)活用。

而且，大多數(shù)的學(xué)術(shù)性講座沒有一定基礎(chǔ)很難聽懂。而擁有實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)的講師教授大多是“雜學(xué)”，雖然能令聽眾“恍然大悟”、“點(diǎn)頭稱是”，但不深入講解基礎(chǔ)理論。無論是哪一種，都很難直接應(yīng)用于實(shí)際工作。

因此，我的講座綜合了以實(shí)務(wù)為基礎(chǔ)的講座和學(xué)術(shù)性講座。希望能夠?yàn)槁牨娬谔魬?zhàn)的EMC對策提供一點(diǎn)參考。

——這應(yīng)該是實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)豐富，而且取得了博士學(xué)位的前野老師獨(dú)有的視角。請您通過具體例子，更詳細(xì)地介紹一下。

前野：例如制作印刷電路板圖案的“底片”。在制作過程中有“不能做的事情”和“必須做的事情”。不能做的事情之一是“不能在通用接地層上設(shè)置狹縫（去掉細(xì)長銅箔的部分）”。這是大多數(shù)電路設(shè)計(jì)人員都知道的“常識”。

比如說，有1塊多層印刷電路板上設(shè)置了模擬電路、數(shù)字電路和電源電路。假設(shè)第2層是接地層，通過在圖案上設(shè)置狹縫，使各條電路的接地分離（成3個(gè)）。對于這種情況，一般的講座給出的說明是“狹縫會導(dǎo)致流出噪聲增加。因此應(yīng)當(dāng)去掉狹縫，減少流出噪聲”。關(guān)于狹縫的好壞，多數(shù)講座只會講到這里，然后就進(jìn)入下一個(gè)話題。

但在我看來，正確方式應(yīng)該是解釋清楚為什么狹縫不好。的確，按照功能電路分離接地層也有起到良好效果的例子。但帶來負(fù)面影響的情況要多得多。如果囫圇吞棗，條件反射式地記住“狹縫不好”，而不理解其中的原理，在設(shè)計(jì)現(xiàn)場就會被支持狹縫的上司和客戶駁倒。在實(shí)際工作中，在不能設(shè)置狹縫的地方加入狹縫的情況也時(shí)有發(fā)生。

為了讓大家理解原理，我講課時(shí)首先會解釋狹縫有哪些類型，然后講解哪些狹縫好，哪些不好。然后回到基礎(chǔ)理論的層面說明原因，讓大家“信服”。

根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)實(shí)踐性地講解，最后連同電磁能源的傳輸在內(nèi)，對現(xiàn)象進(jìn)行說明，讓大家聽懂。

——您現(xiàn)在雖然是EMC對策的專業(yè)人士，但年輕時(shí)也可能經(jīng)歷過失敗。請問您在電裝的時(shí)候，在EMC對策上吃過哪些苦頭？

前野：進(jìn)入電裝的第3年，我作為一名技術(shù)人員，職業(yè)生涯才剛剛開始。我當(dāng)時(shí)奉命設(shè)計(jì)車用收發(fā)器。因?yàn)槭堑谝淮沃鲃訁⑴c設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中，我很用心地學(xué)習(xí)。以前輩設(shè)計(jì)的取得了良好效果的接收器為基礎(chǔ)，通過對高頻放大部、頻率轉(zhuǎn)換部和局部振蕩器進(jìn)行調(diào)整，沿用中頻放大器及其后續(xù)部件，總算是完成了接收器的設(shè)計(jì)。

我興高采烈地制作出試制品，馬上安裝到汽車上進(jìn)行測試。但沒想到，試制品在單獨(dú)工作時(shí)接收信號的靈敏度很高，但發(fā)動機(jī)啟動后，接收靈敏度驟降。

原因說起來有點(diǎn)專業(yè)，是因?yàn)槲覟榱朔乐勾髱挼慕邮招盘柺д?，在設(shè)計(jì)中頻放大級時(shí)，采用了錯誤的參差調(diào)諧電路。因此，在經(jīng)過調(diào)制后，汽車的點(diǎn)火噪聲超過了途中的放大器接收到的信號。因?yàn)樘朐诮邮侦`敏度方面超過競爭對手廠商的產(chǎn)品，所以我忘了要充分考慮發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火噪聲的影響，真是很難為情。

有了這次失敗，我第一次意識到了EMC的重要性。切身了解到了噪聲有多可怕、在汽車中配備電子產(chǎn)品有多可怕。

——請介紹一下學(xué)習(xí)EMC對策時(shí)的重點(diǎn)。

前野：需要具備電磁學(xué)的思維模式。很多人以為EMC的問題可以通過高頻電路技術(shù)解決，我過去也是這樣想。但實(shí)際上，從電磁學(xué)角度把握能深化理解，是通往解決的一條近路。

比如說，很多人認(rèn)為電流只在電路的布線（圖案）中流動。但在實(shí)際的電子產(chǎn)品中，電路之間存在“空間耦合”。這用電磁爐的機(jī)制來解釋應(yīng)該比較容易理解。在電磁感應(yīng)的作用下，線圈彼此分離，但能夠通過空間傳導(dǎo)高頻功率。

印刷電路板中也是如此。仔細(xì)觀察圖案，就像是極薄的一匝線圈。這樣的一匝線圈在印刷電路板內(nèi)大量存在，其間就會產(chǎn)生空間耦合。具體包括電磁感應(yīng)耦合和電容耦合。也就是說，電介質(zhì)中有大量的噪聲流通。理解這個(gè)現(xiàn)象需要一定的電磁學(xué)知識。