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【高頻、高速、低電壓、微型化,EMI 怎解?】
在部署車聯網 (IoV) 之前,須留意車體內部高頻元件及天線、馬達擺放位置可能引發電磁干擾 (EMI) 與電磁相容性 (EMC) 問題;若能在原型 (prototype) 設計之初就善用模擬工具,將有助提升系統品質。透過「模擬驅動產品開發」(Simulation Driven Product Development, SDPD) 輔助,飛機或汽車系統可藉自動化軟體程式模擬訊號並微調參數,不一定要真實撞擊測試,就能先行摒除重大設計瑕疵。有別於土法煉鋼的手動操作,軟體模擬量測能直接分析出電路板的癥結根源,即時修正並獲知改善效果,更具效率。
隨著自動駕駛功能增多,在高頻、高速、低電壓及微型化驅使下,EMI 挑戰也越大;藉由實驗室的電波暗室測量 EMI,只能初步判斷是否合乎法規要求。如果在某些頻率點出現超標,就得借助磁場探棒掃描,才能確切查找異常狀況及原因,據以修改設計;磁場探棒也是評估「對策元件」是否有效的必要工具。磁場會因遠、近而不同——近場隨訊號電流變動、遠場受電流和回流環路影響,而引發四種天線效應:環形天線、貼片天線、偶極天線/單極天線、縫隙天線,因此近場、遠場 EMI 數值可能不一致、低頻元件未必會輻射到遠場。
國際標準是針對某個受測定點評估,假如近場輻射已符合標準且未外溢至遠場,仍以合格論;兩者數值不一,並不衝突。IC 高速化、電路板設計越來越複雜,使 EMI 及系統整合難度有增無減。藉由高精度掃描儀將 EMI、ESD 視覺化,更加清晰可辨。另一方面,為抑制 EMC 所額外添加的元件會提高整體物料成本 (BoM Cost);至於是否真的需要添加?該選用何種元件?多只依賴經驗。雖然透過模擬也可檢查 EMI,卻常遭遇以下困擾:需要 EMI 專家輔助、模型取得不易、CAD 資料模式化存在諸多限制,以及工程耗時長。
電路板佈線前,若能及早檢查板上元件佈局的 EMI 強度、找出錯誤點,可作為挪移錯誤區域電路的依據、減少錯誤數量。例如,檢查回流電流路徑是否連續?若呈現不連續狀態,表示訊號完整性遭到破壞,恐造成系統誤動作;此時,可再以磁場探棒貼近實測回流電流做細部診斷。
延伸閱讀:
《NEC 量測入選 IEC 國際標準,評估對策元件更精準》
http://compotechasia.com/a/____/2017/0811/36356.html
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