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在部署車聯(lián)網(wǎng) (IoV) 之前，須留意車體內(nèi)部高頻組件及天線、馬達(dá)擺放位置可能引發(fā)電磁干擾 (EMI) 與電磁兼容性 (EMC) 問題；若能在原型 (prototype) 設(shè)計(jì)之初就善用模擬工具，將有助提升系統(tǒng)質(zhì)量。通過＂仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)＂(Simulation Driven Product Development, SDPD) 輔助，飛機(jī)或汽車系統(tǒng)可藉自動(dòng)化軟件程序仿真信號(hào)并微調(diào)參數(shù)，不一定要真實(shí)撞擊測(cè)試，就能先行摒除重大設(shè)計(jì)瑕疵。有別于土法煉鋼的手動(dòng)操作，軟件仿真量測(cè)能直接分析出電路板的癥結(jié)根源，實(shí)時(shí)修正并獲知改善效果，更具效率。
世人對(duì)于日本電氣株式會(huì)社 (NEC) 的認(rèn)識(shí)多緣于消費(fèi)電子，但其實(shí)它也是量測(cè)儀器的重要供貨商，一開始是基于自用需求、為減少自有產(chǎn)品的 EMI 發(fā)展而來(lái)，＂磁場(chǎng)探棒＂是其最早的研發(fā)成果。NEC 企業(yè)事業(yè)服務(wù)及技術(shù)部門助理經(jīng)理 Mikio Kikuchi (菊池美喜雄) 表示，由 NEC 開發(fā)的磁場(chǎng)探棒技術(shù)規(guī)范已提交 IEC 組織，先后正式名列 IEC61967-6 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及 IEC61967-3 技術(shù)規(guī)范，毫無(wú)懸念，NEC 自家＂EMC 可視化掃描儀系統(tǒng)＂理所當(dāng)然具有國(guó)際水平——磁場(chǎng)探棒符合 IEC61967-6、掃描儀符合 IEC61967-3。
 照片人物：NEC 嵌入式業(yè)務(wù)部門資深經(jīng)理 Takashi Kudo (左)、企業(yè)事業(yè)服務(wù)及技術(shù)部門助理經(jīng)理 Mikio Kikuchi (中)、營(yíng)業(yè)本部明石京 (右) 高頻、高速、低電壓、微型化，電路板設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)大
菊池認(rèn)為，隨著自動(dòng)駕駛功能增多，在高頻、高速、低電壓及微型化驅(qū)使下，EMI 挑戰(zhàn)也越大；藉由實(shí)驗(yàn)室的電波暗室測(cè)量 EMI，只能初步判斷是否合乎法規(guī)要求。菊池強(qiáng)調(diào)，如果在某些頻率點(diǎn)出現(xiàn)超標(biāo)，就得借助磁場(chǎng)探棒掃描，才能確切查找異常狀況及原因，據(jù)以修改設(shè)計(jì)；磁場(chǎng)探棒也是評(píng)估＂對(duì)策組件＂是否有效的必要工具，以圖 1 為例，將磁場(chǎng)探棒分別放置在電容兩端，即紅色和藍(lán)色標(biāo)記處，所對(duì)應(yīng)的噪聲表現(xiàn)大不相同，紅色位置的噪聲明顯較大，約有 20dB 的差距，證明該電容已發(fā)揮抑制 EMI 的作用。另一個(gè)范例是用來(lái)量測(cè)硬盤或內(nèi)存的讀寫噪聲，如圖 2 所示，在不同頻率下的噪聲形式各異。  圖1：NEC磁場(chǎng)探棒量測(cè)示例 資料來(lái)源：NEC提供  圖2：EMI 可視化系統(tǒng)量測(cè)示例 資料來(lái)源：NEC提供 結(jié)果顯示，在 960 MHz 頻率下，高次諧波成分較高，且有向外輻射的跡象。以此類推，可用來(lái)評(píng)估芯片或模塊的噪聲質(zhì)量。除了 CP-2SA 和 MP-10LA 兩種基本款探棒，NEC 還針對(duì)特高頻或低頻應(yīng)用，另提供 AEKP001、APLMP001 和 AEMP002 等三款產(chǎn)品。菊池提醒，磁場(chǎng)會(huì)因遠(yuǎn)、近而不同——近場(chǎng)隨信號(hào)電流變動(dòng)、遠(yuǎn)場(chǎng)受電流和回流環(huán)路影響，而引發(fā)四種天線效應(yīng)：環(huán)形天線、貼片天線、偶極天線／單極天線、縫隙天線。關(guān)于近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng) EMI 數(shù)值可能不一致、特別是低頻組件未必會(huì)輻射到遠(yuǎn)場(chǎng)的現(xiàn)象，菊池一語(yǔ)道出機(jī)關(guān)所在。
 圖3：NEC磁場(chǎng)探棒規(guī)格 資料來(lái)源：NEC提供 ＂一般近場(chǎng)輻射值會(huì)大于遠(yuǎn)場(chǎng)，但由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)某個(gè)受測(cè)定點(diǎn)評(píng)估，假如近場(chǎng)輻射已符合標(biāo)準(zhǔn)且未外溢至遠(yuǎn)場(chǎng)，自然就合格；兩者數(shù)值不一，并不沖突＂，菊池解釋。藉由 NEC＂EMIStream＋EMC 掃描儀＂協(xié)作，可協(xié)助突破電路板設(shè)計(jì)障礙。菊池介紹，EMIStream 是一個(gè)軟件工具，能在電路板開發(fā)之初就消除 EMI，高速響應(yīng)、經(jīng)過驗(yàn)證、使用簡(jiǎn)單、不須破壞電路板即可檢測(cè)為其特色。菊池指出，IC 高速化、電路板設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，使 EMI 及系統(tǒng)整合難度有增無(wú)減；然而，長(zhǎng)期以來(lái)，皆須依靠 EMI / EMC 專家手動(dòng)檢查所有設(shè)計(jì)。
高精度 EMC 掃描儀將 EMI、ESD 可視化，更加清晰可辨
另一方面，為抑制 EMC 所額外添加的組件會(huì)提高整體物料成本 (BoM Cost)；至于是否真的需要添加？該選用何種組件？多只依賴經(jīng)驗(yàn)。雖然通過模擬也可檢查 EMI，卻常遭遇以下困擾：需要 EMI 專家輔助、模型取得不易、CAD 數(shù)據(jù)模式化存在諸多限制，以及工程耗時(shí)長(zhǎng)。＂EMIStream 的主要功能有二：可做 13 種電流回路／電源層／布線檢查等 EMI 規(guī)則檢查，以及電源層／接地層的諧振分析；亦可用于電路板布線前，及早檢查板上組件布局的 EMI 強(qiáng)度、找出錯(cuò)誤點(diǎn)，以作為挪移錯(cuò)誤區(qū)域電路的依據(jù)、減少錯(cuò)誤數(shù)量＂，菊池說(shuō)明。  圖4：EMC 可視化系統(tǒng)量測(cè) EMI 時(shí)之系統(tǒng)配置與連接示意圖 資料來(lái)源：NEC提供 例如，檢查回流電流路徑是否連續(xù)？若呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，表示信號(hào)完整性遭到破壞，恐造成系統(tǒng)誤動(dòng)作；此時(shí)，可再以磁場(chǎng)探棒貼近實(shí)測(cè)回流電流做細(xì)部診斷，高精度 EMC 掃描儀——4EM500，會(huì)將測(cè)得之 EMI 可視化；用戶亦可將掃描結(jié)果導(dǎo)入 EMIStream，合并檢視。4EM500 還可量測(cè)靜電放電 (ESD)，靜電仿真器 (放電槍) 由 PC 控制、在定點(diǎn)放電后，在放電點(diǎn)放置感知放電用的探棒作為＂觸發(fā)器＂，掃描位置上的放電電壓 (磁場(chǎng))，相關(guān)輸出可從示波器觀測(cè)，而掃描結(jié)果會(huì)依＂時(shí)間軸＂、藉圖像方式清晰傳達(dá)。
假如板上組件至直流電源的流動(dòng)變短，意謂已施加 ESD 保護(hù)。特別一提的是，4EM500 具＂激光測(cè)高計(jì)＂，除了平面量測(cè)，亦可記錄板上組件的高度做＂凹凸＂量測(cè)，掃描時(shí)可根據(jù)組件高度自動(dòng)調(diào)節(jié)，并將組件不同擺放方向的 X、Y 軸，或近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果合并在同一個(gè)畫面，便于用戶一目了然頻率特性：若遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的輻射頻率一致，就需要電路板的噪聲對(duì)策；但若只有來(lái)自于電路板的磁場(chǎng)，則意味著沒有天線效應(yīng)。此外，受惠于探棒靈敏度，掃描結(jié)果會(huì)有分布差異，能應(yīng)對(duì)高頻磁場(chǎng)探棒的＂空間分辨率＂要求——CP-2SA 探棒可檢測(cè) 10MHz～3GHz 頻率區(qū)間，并聚焦于 0.25mm 極小范圍、更容易發(fā)現(xiàn)不易察覺的病灶。
 圖5：EMC 可視化系統(tǒng)量測(cè) ESD 時(shí)之系統(tǒng)配置與連接示意圖 數(shù)據(jù)源：NEC提供 |
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