经世致用：EMC思维探讨

在大多数公司中，emc不是一个独立的功能模块，而是依附研发，或者品质部门。这是EMC特性所决定的。由于边界模糊，材料，设计，生产和应用都与之相关，有些领域稍稍容易量化，例如研发部门基于标准要求确定产品EMC设计指标，品质部门通过标准测试确认产品EMC应用特性。但是EMC分析却很难如功能设计那样进行规格收敛，三要素的构成意味着发散，因此需要不同于功能设计的思维进行指导。01
—
工控EMC现状

工作频率提升，产品小型化和系统集成化，EMC愈发成为产品设计和应用中无法回避的问题。工作频率的提升意味信号的穿透性和敏感性；小型化意味功能隔离更难实现，尤其场耦合；集成化则带来大规模的非线性叠加因素。前两者老生常谈，基本可以通过技术进步覆盖，系统集成化带来的EMC问题则是当今工业自动化下放带来的副产品，目前还处于混沌之中。工业自动化很早就开始应用，初期主要是一些实力相对出众，有EMC相关经验的公司引领和掌控，设备制造商对应用有一定话语权。随着自动化在所有领域广泛应用带来的充分竞争，话语权向系统集成商倾斜，一些对EMC较为无感的企业，引入自动化设备规模集成的时候往往忽视安装现场EMC配置方面基础设施的投入，以及在布置方面的考量，从而使得问题尖锐起来。相较消费类产品应用模式比较明确和单一，EMC性能的设计目标相对清晰，可以通过实验室条件的符合性标准测试进行界定。基于同样的原因，这些领域的EMC仿真应用较为成熟。工业现场往往是大规模设备根据不同应用需求进行集成，这些设备在实验室中只能针对典型的单一或某些小型集成应用进行模拟验证，并不能准确映射现场数百，乃至数千不同设备的大规模集成状况。另外实验室验证是在标准定义的环境和电网，典型功能条件下进行，实际应用中往往取决于集成商和终端用户的EMC素养。由于应用现场与实验室之间的环境和工况存在难以估量的差异，EMC骚扰源，传播路径和敏感器件三要素形成的环路和作用机制错综复杂。为了应对日趋复杂的现场的问题，并指导产品的设计，EMC工程师首先要从硬件性EMC思维中脱身。这种思维的优势是能够让设计工程师顺带处理部分自身所负责的功能设计内的EMC问题。在大多数应用环境和模式较为清晰的领域，可以有效积累和应用。但是面对系统性，尤其大规模集成系统的EMC问题，往往显得力不从心。主要是思维模式本身带来的瓶颈，正如爱因斯坦说过“上帝不掷骰子”，但是量子理论用“测不准定理”予以回击。功能设计倾向收敛的专精方面发展，EMC分析不可或缺的是应对多变环境的发散探索。02
—
EMC思维解析
在这里根据个人经验对功能设计和EMC分析的思维差异进行区分：功能设计的三个特点：差模，时域，逻辑。

1. 差模：功能设计的边界完善，电路回环可以通过参数指标表述。遵循相应的规则时功能可以细化和组合，所有性能处于相应边界内的设计。不论器件还是电路，功能机制，还是布线布板都有很清晰的定义。只要满足这些设计要求，就可以实现相应的功能，工程师主要是在此基础上努力实现产品更精，更好，更强。

2. 时域：功能设计重点关注时域，最典型的是信号时序，即在某一个时间段内信号的幅值是否满足判定阈值要求。功能设计的验证主要是在通过示波器在时域内进行，首先是确保不同电路时序要求，然后在功能运行期间电源和信号的电压或电流幅值满足要求。工程师在此前提下进行挖掘，在同一时间段实现更多功能。

3. 逻辑：功能设计遵循清晰的逻辑，由于边界比较固定，理想和实际的拟合有许多经过验证的规则可供借鉴和应用，这些定理在功能设计所涵盖的领域内是不容置疑的。只要遵循逻辑规律演绎，就可以得到预想中的功能。设计工程师的作用是将2+2=4的逻辑细化成1+1+1+1=4，从而研发出更为灵活和实用的产品。EMC分析的三个特点：共模，频域，概率

1. 共模：共模是比较模糊的定义，从物理学的角度而言，任何电路都遵循同样的规律，不存在所谓共模和差模。实际功能电路都存在非设计之外的路径，区分共模和差模是分析问题的便宜之策，由此探讨共模和差模相互转化带来EMC问题。当然有部分EMC问题就是纯粹的差模叠加问题，个人倾向归于功能设计范畴。

2. 频域：由于EMC关注共模环路，设计中的差模功能电路提供了部分路径，其它部分则是各种分有意设计带来的寄生参数，主要是寄生电感和电容，特性都跟频率相关。以上特性使得环路阻抗主要取决于频率特性，一般EMC测试和分析倾向以频率/分贝进行量化，从而通过分析频率响应来界定功能电路的影响。

3. 概率：最后也是最重要的一点就是概率， EMC所考虑的系统并不仅仅包含所设计的部分，还包括其配合应用，例如电网环境，甚至还有周边毫无直接关联的设备，这部分不在设计者掌控范围内。原本的逻辑分析需要拓展到概率分析的领域，也就是建立基于统计规律的应用领域经验，形成经验规则来规范分析过程。03
—
EMC何去何从
现场发生的EMC问题大多以随机的方式出现，以至于EMC分析获得“黑魔法”的诨号。似乎每个设计人员都懂EMC，并能解决相当一部分所设计产品的EMC问题，然而一旦碰到系统性问题，容易出现束手无策的现象。个人认为原因就在于不同领域不同思维模式差异造成的，在分工合作日趋完善的当今技术领域，技术人员对自家一亩三分地非常熟悉，然而对系统范围的EMC机制并不是那么清楚，其往往贯穿远超个体所承担的分工部分的整个系统时，这种现象更明显。当前在技术领域已经有将EMC从产品设计独立出来的趋势，不过这只在某些应用相对单一的行业，最典型的是电动车，得益于技术发展，尤其应用相对固定，容易将经验转化为规则，让分析回到逻辑范畴。但这种模式显然在可预期的未来不可能推广到应用环境多变的工控领域，个人看来原因如下：1. 共模概念模糊，环路并不是设计出来的；2. 频域理念虽然有所界定，但展开是无限；3. 概率需要统计方法，当前实际很难支撑。从以上结论可以看出，功能设计是脚踏实地，线性积累的模式，EMC分析则往往只能定性，难以定量，与所谓的科学方法有点貌合神离，这是EMC领域始终处于模糊地带的根本原因。暂时无法建立系统化的分析方法之前，EMC设计的实现需要设计工程师和EMC工程师进行分工合作，EMC工程师是从系统层面进行问题定位，一旦进入专有领域，设计工程师更擅长。