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數(shù)字工程師為何不相信EMC（轉(zhuǎn)）
我最近參加了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(shí)，還可以獲取大量的免費(fèi)建議。 聽完Bill Ritenour關(guān)于汽油泵的靜電屏蔽的演講之后，我們開始關(guān)注另一個(gè)問題，即：為具有純數(shù)字背景的人員講授EMC概念的優(yōu)勢(shì)何在？討論得出結(jié)果后又經(jīng)過反復(fù)思考，現(xiàn)在我終于能夠指出眾多數(shù)字工程師難以處理EMC問題的基本原因。與模擬世界的一些觀點(diǎn)相反，這并不是因?yàn)樗麄儧]有說話能力，也不是因?yàn)樗麄冊(cè)趯W(xué)校里沒有刻苦學(xué)習(xí)，實(shí)際上與工程師個(gè)人沒有任何關(guān)系。而現(xiàn)在許多有關(guān)EMC的難題的根本潛在原因是態(tài)度問題，即：數(shù)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(jī)構(gòu)、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(zé)任。 我們的機(jī)構(gòu)、廠商和管理者無(wú)意地宣傳了五種誤解，致使許多數(shù)字工程師新手無(wú)法正確理解EMC，甚至不相信它的存在，對(duì)于剛從學(xué)校出來的數(shù)字工程師新手來說，最多只是一個(gè)神話。 你對(duì)五種誤解了解得越多，就越能理解許多數(shù)字工程師的觀點(diǎn)，從而幫助你解決不可避免的EMC難題。 Ⅰ數(shù)字工程師不相信電流是循環(huán)流動(dòng)的
從數(shù)字簡(jiǎn)圖上可以看出，邏輯網(wǎng)上的數(shù)字信號(hào)是在門之間傳遞的，這些信號(hào)是以電子流的形式實(shí)現(xiàn)傳遞的，而電子流也總是循環(huán)流動(dòng)的，但是在簡(jiǎn)圖中并沒有示意返回信號(hào)流的路徑。
許多數(shù)字工程師都相信返回的路徑是不相干的。如果邏輯驅(qū)動(dòng)器充當(dāng)電壓源，而輸入充當(dāng)電壓接收器，他們則推論出擔(dān)心電流的原因。示波器和邏輯分析器廠商主要推銷電壓狀態(tài)的探針，增加了對(duì)EMC的誤解。若電流感應(yīng)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球上看見電流的流動(dòng)，這變成了“現(xiàn)實(shí)”，而不僅僅是單純的理論概念。 比如說，你準(zhǔn)備與某個(gè)數(shù)字工程師共同研究普通狀態(tài)的電纜輻射問題，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(shù)字工程師不相信H場(chǎng)
我將這類誤解歸因于教育系統(tǒng)，他們將重點(diǎn)放在電子域效應(yīng)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），因此板極電路周圍的大多數(shù)近場(chǎng)能量將處于電子場(chǎng)狀態(tài)，多數(shù)的交叉耦合與寄生耦合問題都將產(chǎn)生電子場(chǎng)或電容性效應(yīng)。
現(xiàn)在的高速數(shù)字系統(tǒng)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(shù)字電路周圍的大多數(shù)近場(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(shù)字系統(tǒng)中的交叉干擾、接地逆跳和干擾問題涉及電流、磁場(chǎng)和電感的循環(huán)。 在EMC世界中，數(shù)字電路板周圍的近場(chǎng)能量大多數(shù)是磁性的，這是普通的常識(shí)，但數(shù)字工程師卻不了解。 Ⅲ數(shù)字工程師不相信門是差動(dòng)放大器
典型的產(chǎn)品數(shù)據(jù)單中是采用絕對(duì)伏特單位對(duì)輸入電壓的靈敏度進(jìn)行評(píng)定的，但是就門僅僅對(duì)應(yīng)于輸入引腳電壓和指定的參考引腳電壓之間的區(qū)別而言，沒有作出明確的說明，另外，也不明確哪一個(gè)是指定的參考引腳。（對(duì)于TTL來說，指陰極電源干線；對(duì)ECL來說，指陽(yáng)極線。）
這種概念的不明確使許多工程師認(rèn)為門可以感知“絕對(duì)零”伏特，就好象具有魔力的電線從芯片中引出，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(tǒng)中的兩點(diǎn)接地電壓不相等時(shí)所產(chǎn)生的問題。 當(dāng)然，沒有一個(gè)廠商會(huì)承認(rèn)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，這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)允許芯片之間進(jìn)行接地移動(dòng)，這很有可能出現(xiàn)故障，而且可能生成大量的EMI，并面臨ESD和其它的免除性問題，這才是嚴(yán)重的問題。 大多數(shù)的數(shù)字工程師都沒有花時(shí)間去考慮系統(tǒng)中不同的接地電壓的存在，以及對(duì)性能產(chǎn)生的效應(yīng)，或者實(shí)現(xiàn)接地移動(dòng)的機(jī)制。 Ⅳ數(shù)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(shù)字工程師仍不相信數(shù)字系統(tǒng)中產(chǎn)生過這種效應(yīng)，其根源在于波動(dòng)不存在于Spice設(shè)備中。一代電路設(shè)計(jì)者相信基于Spice的軟件仿真世界是真實(shí)條件下運(yùn)作的真實(shí)電路的表現(xiàn)，但他們不理解這是有限制性的。剛從學(xué)校畢業(yè)的數(shù)字設(shè)計(jì)者認(rèn)為，Spice不能做E&M場(chǎng)，因此肯定是不存在的。
仿真自然有它的作用，總的來說，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)過分吹噓仿真的優(yōu)勢(shì)，而問題在于我們不一定知道影響最大的是什么效應(yīng)，仿真也無(wú)能為力。Samuel Clemens曾說過：“我們永遠(yuǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)災(zāi)難的降臨。” Ⅴ數(shù)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題，發(fā)生的原因不難看出。
假設(shè)Joe是一位出色的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和數(shù)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)就通過了FCC和EC規(guī)定，他是一個(gè)天才！ 接下來發(fā)生的事如預(yù)言所說，Joe的設(shè)計(jì)生涯結(jié)束了，他不會(huì)再在公司設(shè)計(jì)其它的處理器，取而代之，他開始解決Fred的EMC問題，接著是Bob的問題，然后是其它的種種問題。他高效率地排除了這些問題，重復(fù)使用他的EMC經(jīng)驗(yàn)，而其他人則因淋濕的處理器板又能重新工作而收獲應(yīng)得的報(bào)酬。 在當(dāng)今的商業(yè)世界，典型的數(shù)字工程師只能從數(shù)字的功能性方面獲得回報(bào)，而不是為生產(chǎn)所作的全面準(zhǔn)備工作。 結(jié)論
我非常想改變這種情況，我們可以依靠我們的EMC專家、信號(hào)完整性專家和大學(xué)里的所有智慧的研究者來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(duì)的EMC難題，這樣計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的未來將大為改觀。
我希望我們的本地EMC學(xué)會(huì)會(huì)議會(huì)有更多的數(shù)字界同行加入，你將不虛此行。 |
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