我最近参加了IEEE电磁兼容性(EMC)学会的一个本地(西雅图)会议,这并不是我所居住的地方,但我极力向你推荐,在这里你可以了解更多的EMC的基本知识,还可以获取大量的免费建议.
听完Bill Ritenour关于汽油泵的静电屏蔽的演讲之后,我们开始关注另一个问题,即:为具有纯数字背景的人员讲授EMC概念的优势何在?讨论得出结果后又经过反复思考,现在我终于能够指出众多数字工程师难以处理EMC问题的基本原因.与模拟世界的一些观点相反,这并不是因为他们没有说话能力,也不是因为他们在学校里没有刻苦学习,实际上与工程师个人没有任何关系.而现在许多有关EMC的难题的根本潜在原因是态度问题,即:数字工程师不相信EMC.这种令人遗憾的情况是由多种因素造成的,我们的教育机构、仪器(集成电路、仿真工具等)的制造商以及工程管理方面的低劣性能都有无法推卸的责任.
我们的机构、厂商和管理者无意地宣传了五种误解,致使许多数字工程师新手无法正确理解EMC,甚至不相信它的存在,对于刚从学校出来的数字工程师新手来说,最多只是一个神话.
你对五种误解了解得越多,就越能理解许多数字工程师的观点,从而帮助你解决不可避免的EMC难题.
Ⅰ数字工程师不相信电流是循环流动的
从数字简图上可以看出,逻辑网上的数字信号是在门之间传递的,这些信号是以电子流的形式实现传递的,而电子流也总是循环流动的,但是在简图中并没有示意返回信号流的路径.
许多数字工程师都相信返回的路径是不相干的.如果逻辑驱动器充当电压源,而输入充当电压接收器,他们则推论出担心电流的原因.示波器和逻辑分析器厂商主要推销电压状态的探针,增加了对EMC的误解.若电流感应良好的探针具有接近活性的极微小的探尖,则可以在单个的BGA球上看见电流的流动,这变成了“现实”,而不仅仅是单纯的理论概念.
比如说,你准备与某个数字工程师共同研究普通状态的电缆辐射问题,首先你需要确信这个工程师是否真正理解电流是循环流动的这一事实.
Ⅱ数字工程师不相信H场
我将这类误解归因于教育系统,他们将重点放在电子域效应上,而不是磁性上.这是电子管时代的产物,其主要特征是电路阻抗非常高.例如,电子管的板极电路可能有100,000 欧姆的阻抗,大大高于自由空间的阻抗(377欧姆),因此板极电路周围的大多数近场能量将处于电子场状态,多数的交叉耦合与寄生耦合问题都将产生电子场或电容性效应.
现在的高速数字系统电路是低阻抗的,接近50欧姆,大大低于377欧姆的自由空间阻抗,而数字电路周围的大多数近场能量则处于磁场状态,并非电子场状态,因此高速数字系统中的交叉干扰、接地逆跳和干扰问题涉及电流、磁场和电感的循环.
在EMC世界中,数字电路板周围的近场能量大多数是磁性的,这是普通的常识,但数字工程师却不了解.
Ⅲ数字工程师不相信门是差动放大器
典型的产品数据单中是采用绝对伏特单位对输入电压的灵敏度进行评定的,但是就门仅仅对应于输入引脚电压和指定的参考引脚电压之间的区别而言,没有作出明确的说明,另外,也不明确哪一个是指定的参考引脚.(对于TTL来说,指阴极电源干线;对ECL来说,指阳极线.)
这种概念的不明确使许多工程师认为门可以感知“绝对零”伏特,就好象具有魔力的电线从芯片中引出,连接到地球的中心,从而找出“真正的”接地参考电压.因而,他们无法理解系统中的两点接地电压不相等时所产生的问题.
当然,没有一个厂商会承认他们生产的芯片容易受到接地移动的影响,因此他们无法谈论更多有关这方面的情况也是意料之中的事.此外,这类系统结构允许芯片之间进行接地移动,这很有可能出现故障,而且可能生成大量的EMI,并面临ESD和其它的免除性问题,这才是严重的问题.
大多数的数字工程师都没有花时间去考虑系统中不同的接地电压的存在,以及对性能产生的效应,或者实现接地移动的机制.
Ⅳ数字工程师不相信电磁波
尽管在工作中会遇到大量的有关电磁场的实例(如微波爆米花和电视),但许多的数字工程师仍不相信数字系统中产生过这种效应,其根源在于波动不存在于Spice设备中.一代电路设计者相信基于Spice的软件仿真世界是真实条件下运作的真实电路的表现,但他们不理解这是有限制性的.刚从学校毕业的数字设计者认为,Spice不能做E&M场,因此肯定是不存在的.
仿真自然有它的作用,总的来说,如果你知道要模拟什么,那么它就能产生奇迹.但是你若致力于比如EMC的研究,则会过分吹嘘仿真的优势,而问题在于我们不一定知道影响最大的是什么效应,仿真也无能为力.Samuel Clemens曾说过:“我们永远无法预测灾难的降临.”
Ⅴ数字工程师不相信理解EMC有助于我们自身的事业发展
这属于管理方面的问题,发生的原因不难看出.
假设Joe是一位出色的产品设计师和数字界的精英,他刚刚完成有关EMC的论述,并使其最新的产品在初审时就通过了FCC和EC规定,他是一个天才!
接下来发生的事如预言所说,Joe的设计生涯结束了,他不会再在公司设计其它的处理器,取而代之,他开始解决Fred的EMC问题,接着是Bob的问题,然后是其它的种种问题.他高效率地排除了这些问题,重复使用他的EMC经验,而其他人则因淋湿的处理器板又能重新工作而收获应得的报酬.
在当今的商业世界,典型的数字工程师只能从数字的功能性方面获得回报,而不是为生产所作的全面准备工作.
结论
我非常想改变这种情况,我们可以依靠我们的EMC专家、信号完整性专家和大学里的所有智慧的研究者来帮助消除以上这五种误解,从而帮助我们减少在今后的十年中将面对的EMC难题,这样计算机产业的未来将大为改观.
我希望我们的本地EMC学会会议会有更多的数字界同行加入,你将不虚此行.
