數字工程師為何不相信EMC的幾個(gè)誤區

最近參加了IEEE電磁兼容性（EMC）學(xué)會(huì )的一個(gè)本地（西雅圖）會(huì )議，這并不是我所居住的地方，但我極力向你推薦，在這里你可以了解更多的EMC的基本知識，還可以獲取大量的免費建議。
聽(tīng) 完Bill Ritenour關(guān)于汽油泵的靜電屏蔽的演講之后，我們開(kāi)始關(guān)注另一個(gè)問(wèn)題，即：為具有純數字背景的人員講授EMC概念的優(yōu)勢何在？討論得出結果后又經(jīng)過(guò) 反復思考，現在我終于能夠指出眾多數字工程師難以處理EMC問(wèn)題的基本原因。與模擬世界的一些觀(guān)點(diǎn)相反，這并不是因為他們沒(méi)有說(shuō)話(huà)能力，也不是因為他們在 學(xué)校里沒(méi)有刻苦學(xué)習，實(shí)際上與工程師個(gè)人沒(méi)有任何關(guān)系。而現在許多有關(guān)EMC的難題的根本潛在原因是態(tài)度問(wèn)題，即：數字工程師不相信EMC。這種令人遺憾 的情況是由多種因素造成的，我們的教育機構、儀器（集成電路、仿真工具等）的制造商以及工程管理方面的低劣性能都有無(wú)法推卸的責任。
我們的機構、廠(chǎng)商和管理者無(wú)意地宣傳了五種誤解，致使許多數字工程師新手無(wú)法正確理解EMC，甚至不相信它的存在，對于剛從學(xué)校出來(lái)的數字工程師新手來(lái)說(shuō)，最多只是一個(gè)神話(huà)。
你對五種誤解了解得越多，就越能理解許多數字工程師的觀(guān)點(diǎn)，從而幫助你解決不可避免的EMC難題。

Ⅰ數字工程師不相信電流是循環(huán)流動(dòng)的

從數字簡(jiǎn)圖上可以看出，邏輯網(wǎng)上的數字信號是在門(mén)之間傳遞的，這些信號是以電子流的形式實(shí)現傳遞的，而電子流也總是循環(huán)流動(dòng)的，但是在簡(jiǎn)圖中并沒(méi)有示意返回信號流的路徑。
許 多數字工程師都相信返回的路徑是不相干的。如果邏輯驅動(dòng)器充當電壓源，而輸入充當電壓接收器，他們則推論出擔心電流的原因。示波器和邏輯分析器廠(chǎng)商主要推 銷(xiāo)電壓狀態(tài)的探針，增加了對EMC的誤解。若電流感應良好的探針具有接近活性的極微小的探尖，則可以在單個(gè)的BGA球上看見(jiàn)電流的流動(dòng)，這變成了“現實(shí) ”，而不僅僅是單純的理論概念。
比如說(shuō)，你準備與某個(gè)數字工程師共同研究普通狀態(tài)的電纜輻射問(wèn)題，首先你需要確信這個(gè)工程師是否真正理解電流是循環(huán)流動(dòng)的這一事實(shí)。

Ⅱ數字工程師不相信H場(chǎng)

我將這類(lèi)誤解歸因于教育系統，他們將重點(diǎn)放在電子域效應上，而不是磁性上。這是電子管時(shí)代的產(chǎn)物，其主要特征是電路阻抗非常高。例如，電子管的板極電路可能 有100,000 歐姆的阻抗，大大高于自由空間的阻抗（377歐姆），因此板極電路周?chē)拇蠖鄶到鼒?chǎng)能量將處于電子場(chǎng)狀態(tài)，多數的交叉耦合與寄生耦合問(wèn)題都將產(chǎn)生電子場(chǎng)或 電容性效應。
現在的高速數字系統電路是低阻抗的，接近50歐姆，大大低于377歐姆的自由空間阻抗，而數字電路周?chē)拇蠖鄶到鼒?chǎng)能量則處于磁場(chǎng)狀態(tài)，并非電子場(chǎng)狀態(tài)，因此高速數字系統中的交叉干擾、接地逆跳和干擾問(wèn)題涉及電流、磁場(chǎng)和電感的循環(huán)。
在EMC世界中，數字電路板周?chē)慕鼒?chǎng)能量大多數是磁性的，這是普通的常識，但數字工程師卻不了解。

Ⅲ數字工程師不相信門(mén)是差動(dòng)放大器

典型的產(chǎn)品數據單中是采用絕對伏特單位對輸入電壓的靈敏度進(jìn)行評定的，但是就門(mén)僅僅對應于輸入引腳電壓和指定的參考引腳電壓之間的區別而言，沒(méi)有作出明確的說(shuō)明，另外，也不明確哪一個(gè)是指定的參考引腳。（對于TTL來(lái)說(shuō)，指陰極電源干線(xiàn)；對ECL來(lái)說(shuō)，指陽(yáng)極線(xiàn)。）
這種概念的不明確使許多工程師認為門(mén)可以感知“絕對零”伏特，就好象具有魔力的電線(xiàn)從芯片中引出，連接到地球的中心，從而找出“真正的”接地參考電壓。因而，他們無(wú)法理解系統中的兩點(diǎn)接地電壓不相等時(shí)所產(chǎn)生的問(wèn)題。
當然，沒(méi)有一個(gè)廠(chǎng)商會(huì )承認他們生產(chǎn)的芯片容易受到接地移動(dòng)的影響，因此他們無(wú)法談?wù)摳嘤嘘P(guān)這方面的情況也是意料之中的事。此外，這類(lèi)系統結構允許芯片之間進(jìn)行接地移動(dòng)，這很有可能出現故障，而且可能生成大量的EMI，并面臨ESD和其它的免除性問(wèn)題，這才是嚴重的問(wèn)題。
大多數的數字工程師都沒(méi)有花時(shí)間去考慮系統中不同的接地電壓的存在，以及對性能產(chǎn)生的效應，或者實(shí)現接地移動(dòng)的機制。

Ⅳ數字工程師不相信電磁波

盡 管在工作中會(huì )遇到大量的有關(guān)電磁場(chǎng)的實(shí)例（如微波爆米花和電視），但許多的數字工程師仍不相信數字系統中產(chǎn)生過(guò)這種效應，其根源在于波動(dòng)不存在于 Spice設備中。一代電路設計者相信基于Spice的軟件仿真世界是真實(shí)條件下運作的真實(shí)電路的表現，但他們不理解這是有限制性的。剛從學(xué)校畢業(yè)的數字 設計者認為，Spice不能做EM場(chǎng)，因此肯定是不存在的。
仿真自然有它的作用，總的來(lái)說(shuō)，如果你知道要模擬什么，那么它就能產(chǎn)生奇 跡。但是你若致力于比如EMC的研究，則會(huì )過(guò)分吹噓仿真的優(yōu)勢，而問(wèn)題在于我們不一定知道影響最大的是什么效應，仿真也無(wú)能為力。Samuel Clemens曾說(shuō)過(guò)：“我們永遠無(wú)法預測災難的降臨?！?

Ⅴ數字工程師不相信理解EMC有助于我們自身的事業(yè)發(fā)展

這屬于管理方面的問(wèn)題，發(fā)生的原因不難看出。
假設Joe是一位出色的產(chǎn)品設計師和數字界的精英，他剛剛完成有關(guān)EMC的論述，并使其最新的產(chǎn)品在初審時(shí)就通過(guò)了FCC和EC規定，他是一個(gè)天才！
接 下來(lái)發(fā)生的事如預言所說(shuō)，Joe的設計生涯結束了，他不會(huì )再在公司設計其它的處理器，取而代之，他開(kāi)始解決Fred的EMC問(wèn)題，接著(zhù)是Bob的問(wèn)題，然 后是其它的種種問(wèn)題。他高效率地排除了這些問(wèn)題，重復使用他的EMC經(jīng)驗，而其他人則因淋濕的處理器板又能重新工作而收獲應得的報酬。
在當今的商業(yè)世界，典型的數字工程師只能從數字的功能性方面獲得回報，而不是為生產(chǎn)所作的全面準備工作。

結論

我非常想改變這種情況，我們可以依靠我們的EMC專(zhuān)家、信號完整性專(zhuān)家和大學(xué)里的所有智慧的研究者來(lái)幫助消除以上這五種誤解，從而幫助我們減少在今后的十年中將面對的EMC難題，這樣計算機產(chǎn)業(yè)的未來(lái)將大為改觀(guān)。
我希望我們的本地EMC學(xué)會(huì )會(huì )議會(huì )有更多的數字界同行加入，你將不虛此行。