老蒋谈超声（七）：超声设备电磁兼容（EMC）漫谈

admin

                    

                    

                    
                    
                    <p><span><span>僧哥曰：</span><span>转眼间，华声医疗的“老蒋谈超声”专题已经出了六期，在收获大量读者赞许的同时，老蒋和僧哥也希望让华声医疗团队更多的伙伴加入到这个专题的创作中来，把这个专题越办越好。本期专题由华声医疗硬件达人－小张投稿，话说该同事在工作之余有两大爱好：1.打魔兽；2.找干扰。本文也是其专长之所在。至父亲节之际，华声医疗也祝天下父亲身体安康，节日快乐！</span></span></p><p><br  /></p><p><span><span>部落战士小张写在前面的话：</span>“小张最近跟朋友看完魔兽归来，全程依旧看的是高潮迭起，热泪盈眶，回想那些年畅游艾泽拉斯的日子，心中感慨万分。作为一枚AFK多年的部落战士，剑与火的荣耀却永远铭记于心，不曾或忘。小张相信，性格决定职业， 怎样的人做怎样的事，其实冥冥之中早已基定，只是看你是否洞悉内心真实的自己。比如从看到牛头人的那一刻起，小张就注定是一个战士，天堂向左，战士向右，战士就应该倒在冲锋的道路上，以必死之心迎接胜利，Lok-Tar Ogar！”</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/0d04dfcfbeb0f0b48ba16559e3b25fdf_1.png" /></p><br  /></p><p><br  /></p><p><span>作为华声医疗资深硬件工程狮，小张不得不说一句超声设备看似风光无限，靓丽无双，然而在产品开发过程中，却实在是荆棘密布，遍地是坑。稍不留神，团灭（推倒重来）的情况就可能发生。作为每一代产品都绕不开的BOSS级大坑，本次小张就抛砖引玉，从一个硬件人的角度跟大家交流下EMC心得体会，争取把坑填上。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>来来来，有问题的童鞋这边请，小张向来是有问必答，童叟无欺。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>1.</span></p><p><span>Q：撒是EMC呀？</span></p><p><span>A：呃，就是你不要去打别人，也不要被别人打，做一个安静的NPC就好。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>Q：（砰），说人话。</span></p><p><span>A：（摸着头上的包），就是电磁兼容性，设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>Q：能再解释一下吗？（顺便扬了扬拳头）</span></p><p><span>A：（擦了擦汗），比如超声设备产生的电磁能量，不要影响放在旁边的监护仪的正常功能表现；反过来，超声设备自身，不能因为旁边监护仪产生的电磁能量而导致功能受到干扰或影响。其实就是两个概念——电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）。</span></p><p><span>A：再补充一下，一般来说，大家做出来的设备，EMI相对EMS坑要深一些。不好弄一些，大多数时候，都是EMI超标超的想死，或者就差一点了，这个尖尖就是下不去。而EMS则相对主观一点，不管能不能接受，它都在那里，爱过不过....（遭到粗暴的打断）</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>Q：废话死多，哥懂了，速滚！</span></p><p><span>A：我本将心向明月，奈何明月照沟渠。（心中默念）</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/19ebcab7d074eb363649f6015182fc18_2.png" /></p><br  /></p><p><br  /></p><p><span>2.</span></p><p>Q：那怎样判断我们公司开发的设备EMC性能OK呢？        </p><p>A：这个你们自己联系有出具报告资质的第三方检测机构把你们的产品拿去按照相关的产品安全法规标准，进行各种测，测过了就给你报告，你就牛掰了；测不过，你就苦逼了。</p><p><br  /></p><p>Q：那测不过就苦逼，不测不行吗？</p><p>A：不行，你见过城管追小贩吗，小贩不苦逼吗？</p><p><br  /></p><p>Q：那既然一定要拿去测，那我能做点撒，才能保证测过啊？</p><p>A：要掉进过坑里，才知道早点准备绳子跟钩子嘛，你要做的事情多了去了。</p><p><br  /></p><p>Q：什么意思，那要一直测不过，怎么办？</p><p>A：凉拌三丝下稀饭，首先，测试是要花钱的，不同的机构800-1500/小时总是要的，当然你们公司有钱任性当我没说。其次测试时要预约的，你以为全天下就你一家公司测EMC呀，RP差的时候，半个月排不上队都是正常，当然你们公司没有项目进度压力当我没说。最后，测不过就意味着拿不到报告，导致产品没法注册，也就是说你们这个产品别想卖了，那么老板投进这个项目的钱跟时间都打水漂了，我想你们老板的心情应该是这样的：</p><p><p><img src="image/20201014/dc66556514ec73010fdcdddb8b13dba6_3.png" /></p><br  /></p><p><span>A：补充一点，测试过程跟你们产品要销售的区域有关，不同的地区，测试的标准都是有差异的，比如中国的CFDA，欧盟的CE，米国的FDA等，简单地说国内相对容易，CE要难一些，FDA就呵呵了。</span><br  /></p><p><span><br  /></span></p><p>Q：...这么厉害，那要真没测过怎么办？有补救措施吗？</p><p>A：测不过就局部小范围整改，反复测不过就大改咯，知道什么是团灭吗？喏。</p><p><br  /></p><p>Q：怎么区分大小改啊？</p><p>A：（无语一会儿）你测EMC不过，在线上挂两个磁环，敏感区域贴点屏蔽啊，罩子啊之类的，再去测，哟，过了，然后你的产品量产时都要带这些措施来应对抽检，这就是小改；如果整改涉及到要改模具，核心板卡重新开发，这就是大改，往往意味着开发时间的极大延长。</p><p><br  /></p><p>Q：大改太可怕了，你刚才提的抽检是什么意思？</p><p>A：（怪我多嘴），这个是天朝的监管机制，比如你跟第三方联手猫腻，天朝总得有个监察环节来规范市场吧，当然猫腻套猫腻，有些东西你知道的太多对你不好....</p><p><br  /></p><p>Q：那...（咦，你怎么走了）.</p><p>A：我肚子疼...</p><p><br  /></p><p><span>3.</span></p><p>Q：我又来了，咦，第三季了啊？</p><p>A：你妹，又是你，有屁快放。</p><p><br  /></p><p>Q：之前你说过EMI坑比较深，那EMI到是个什么玩意儿，再解释下吧。</p><p>A：不是说过吗，“关注自己的手，不要乱指乱摸”；就是你的大脑不要给手发出“动作指令”，就算不小心发出了，把手绑起来，这样你也没法指，没法摸了。嘿嘿，因此坐在你对面的人就不会因为你无故乱指而产生被挑衅的反应；就不会因为你乱摸而留下心理阴影。等等，坐你对面的是我，你不要多想啊。</p><p><br  /></p><p>Q：有点似懂非懂，GO ON？</p><p>A：EMI本质上就是干扰源，干扰路径，被干扰对象三要素。</p><p>1）你乱指乱摸，别人如果没任何反应，这说明被干扰对象内心强大，或者穿了一身锁甲包裹的严严实实，你的干扰对其无效，所以就算你不断持续张牙舞爪，整个场面和谐而友爱。</p><p>2）如果你的想法非常温和而平静，双手静静地放在身前，淡淡地凝视着对面那个容易受到伤害的妹纸，尽管她的双眼透露出对你的恐惧，但是由于你人性的光辉亮瞎全场，整个场面依旧相安无事。</p><p>3）如果你的想法邪恶而龌蹉，对面那个妹纸已经在瑟瑟发抖了，可惜你的双手被反绑在椅子上，心有余而力不足，撒也干不了，所以场面还是各种伟光正。</p><p>4）如果...</p><p>Q：好了，没有如果了，三要素我明白了，下一个问题。</p><p>A：你妹，我还意犹未尽呢..心中一万只那撒奔过。</p><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/9106fd9ac7697ea5107a887f60b7ddc1_4.png" /></p><br  /></p><p><br  /></p><p>Q：那干扰源都有些什么？该如何注意呢？</p><p>A：（喝口水），简单地说，有能量变化的地方就有干扰，影响EMC性能，使之无法通过测试验收标准的，我们都可以称之为干扰源，设备要工作，里面的电路就必须正常运转，那么能量集散多的地方就容易成为干扰源，比如电源DC-DC模块，FPGA这样的高速大功耗器件，时钟模块（D触发器，buffer，divider）等 ，总之在线路板layout过程中，如果你担心日后这些地方会成为干扰源，那么最好在设计之初就预留好良好的屏蔽接地措施，在板卡布局时，就要结合设备机械结构综合考虑这些干扰源放置的合理位置，电气回路的规划，敏感接口的处理等。</p><p><br  /></p><p>Q：有点知易行难，路漫漫其修远兮的赶脚。</p><p>A：废话，要不然EMC这玩意儿配的上大坑二字。</p><p><br  /></p><p>Q：干扰路径呢？该注意什么？</p><p>A：（再喝口水），其实就两条，一曰传导，二曰辐射。即沿着导体传播的EMI就叫做传导干扰，通过空间以电磁波特性和规律传播的就叫做辐射干扰，恩，就是降龙十八掌和如来神掌的区别。在设备接地系统的设计中常听说单点接地，多点接地，混合接地，浮地等处理方式，其实就是对干扰路径的规划和设计。（再说就又要挖坑了）</p><p><br  /></p><p>Q：其实所谓的EMI都是在围绕三要素进行整改和测试的吧？</p><p>A：孺子可教也！下回可以跟我跑检测所了！。</p><p><br  /></p><p><span>4.</span></p><p>A：还有谁？？&nbsp;</p><p>A：（话音未落，站起来一票人），好了，最后一轮，老妈叫回家吃饭。</p><p><br  /></p><p>Q：来点干货吧，不要瞎BB了。</p><p>A：（...现在的人怎么都这样...），好吧，结合超声设备的特点，几点粗浅认识如下：</p><p>1）本质上就是提高超声设备的抗扰度和防止电磁泄漏。</p><p>一方面选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。另一方面通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁干扰。超声设备一般来说属于大规模数模混合电路设计，高灵敏度检测微弱信号的同时，高速运算处理复杂信号，EMC的难度相对较大。</p><p>2）元器件的选择和电路分析是EMC设计的基础</p><p>这个要求硬件工程狮熟悉各类器件的特性，掌握各种电路模块应用技巧从而进行合理的布局布线实现。比如超声前端模拟电路，数字后端电路，电源电路之间如何进行区域划分及互联设计，如何预留屏蔽措施？线材接口，板级接口如何处理？如何从EMC的角度指导结构设计？天下之坑何其多也，吾辈将上下而求索。</p><p>3）电源系统的EMC设计。</p><p>所谓产品安全，一大堆测试内容都跟电源相关，超声产品的电源，路数多，程控高压，噪声要求极高，当然EMC还得过关；说直接一点，优秀的电源工程狮是超声公司的瑰宝毫不为过，如果面对电源系统的EMC问题束手无策，请直接呼叫高手支援，不要犹豫。</p><p>4）接地系统的抗干扰设计</p><p>良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击，非常重要但难度极大，对于超声设备而言，一般结合运用信号地屏蔽地分地处理，回流路径低阻共地连接处理，不同系统设计不同，不可混为一谈。</p><p>5）PCB板EMC设计</p><p>元器件、电路和地线引起的干扰都会在印制电路板上反映出来。因此，印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理，如采用多层板，电源线与地线靠近，时钟线、信号线与地线的距离离要近等，以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范，模拟和数字电路分层布局，以达到板上各电路之间的相互兼容。 另外，值得注意的是在进行EMC设计时，一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键，一是防止静电核的产生和积累，再就是阻隔ESD效应的发生。阻止静电的方法和措施很多，这里不做赘述。</p><p><br  /></p><p><span>5.</span></p><p>各种原理措施一大堆，但只有EMC测试通过才算石头落地，因此，原理样机出来时，内部有测试环境可以先摸摸底是最好不过了，又省钱又省时间，当然能搭建自己的各种EMC实验室的土豪公司另当别论，对于广大奋斗中的劳苦大众而言，推荐带探环的频谱分析仪，物美价廉，附图一张，是不是像那么回事^_^</p><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/edb9744f45fb7ec3f2c31f042d3cb98a_5.png" /></p><br  /></p><p><br  /></p><p>Q：看不懂，先收着，回家搬个板凳慢慢看。</p><p>A：赶紧回家...</p><p><br  /></p><p><strong>结束语：</strong></p><p>冰冻三尺非一日之寒，小张也是半路出家，如今依然在打怪升级，EMC的道路上没有满级毕业这个说法，各位看官有任何问题欢迎来邮交流，谢谢大家。zhangzhen@wisonic.cn</p><p><br  /></p><p><br  /></p><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><p><span><strong>相关阅读</strong></span></p></section><p><p><img src="image/20201014/ec237188ae1e9c03eb4d9814f31b18ab_6.gif" /></p></p><p><span>老蒋谈超声(一):那些被玩坏的指标－通道数</span><br  /></p><p><br  /></p><p><span>老蒋谈超声(二)：那些被玩坏的参数－动态范围</span><br  /></p><p><br  /></p><p><span>老蒋谈超声(三)：如何用超声设备播放音乐？</span></p><p><span></span></p><p><br  /></p><p><span>老蒋谈超声(四)：超声波指纹识别漫谈</span><br  /></p><p><br  /></p><p><br  /></p><p><span>老蒋谈超声（五）：帧率、线密度及其它</span><br  /></p><p><br  /></p><p><br  /></p><p><span>老蒋谈超声（六）：超声成像系统开发漫谈</span><br  /></p></section></section><p><br  /></p></section></section></section></section></section></section></section></section></section><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/da0d101cb2763cefb61f8120386ec54a_7.png" /></p></p>