我們的星球完完全全被電磁波環(huán)繞，工作的電腦，手邊的手機(jī)，上下班途中的車載電臺(tái)，家中廚房里的微波爐、電磁爐......都在無時(shí)無刻地釋放著電磁波。
5G高頻率的引入、IoT設(shè)備數(shù)量暴漲，以及各種智能硬件的功能升級(jí)，都在讓我們習(xí)以為常的電磁環(huán)境，變得愈加復(fù)雜。在這樣的大背景下，如何設(shè)計(jì)出依然能夠滿足電磁兼容性EMC認(rèn)證要求的產(chǎn)品，對(duì)硬件工程師來說，就是一件極具挑戰(zhàn)性的事情了。為了最大程度地保證電磁波的安全性，EMC電磁兼容性就顯得愈發(fā)重要了。電子設(shè)備既要能在電磁環(huán)境中保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，也不能對(duì)其他環(huán)境產(chǎn)生過大干擾，影響其他系統(tǒng)的穩(wěn)定。
一般工業(yè)界降低電磁干擾的方法如同“新冠抗疫”：
一靠阻斷傳播，直接切斷通路，阻斷可能產(chǎn)生干擾的電磁波，如：濾波法（增加電抗器和 EMI濾波器，從電路層面減少傳導(dǎo)騷擾）、屏蔽法（使用帶有屏蔽的雙絞線，抑制電磁波的輻射）、接地法（地層的增加可以有效提高PCB的電磁兼容性）、隔離法（動(dòng)力線與其他弱電信號(hào)線分開走線）等等。
二靠增強(qiáng)“體質(zhì)”，加入更多的電磁屏蔽和導(dǎo)熱器件在電子設(shè)備中。盡量選用自身發(fā)射小的芯片，避免使用大功率、高損耗器件等，對(duì)把輻射控制在安全范圍內(nèi)都很有效果。
以上方法對(duì)一般的電磁干擾還有效，但對(duì)于5G,就捉襟見肘了。
EMC遭遇的挑戰(zhàn)主要有以下三類：
挑戰(zhàn)一：
電磁干擾后期除錯(cuò)與產(chǎn)品落地的訴求錯(cuò)位
大規(guī)模的天線陣列來保證5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸，天線單元數(shù)量暴增，各單元之間的干擾隨即增加。這時(shí)以往的濾波法隔離，就會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)的整體尺寸過于龐大，在現(xiàn)實(shí)中不易部署。拿手機(jī)來舉例，當(dāng)今市場上的智能手機(jī)為了迎合消費(fèi)者的喜愛偏好，款式越來越單薄，大眾對(duì)5G手機(jī)的期待也很高，希望性能和信號(hào)都要比以往有所提升。這就要求手機(jī)廠商在增強(qiáng)使用感的同時(shí)得做到從芯片到射頻器件等元件尺寸不增反降，研發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本都大大增加。
挑戰(zhàn)二：
新電磁環(huán)境與配套工程科學(xué)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展錯(cuò)位
降低電磁干擾是對(duì)電子產(chǎn)業(yè)的集體考驗(yàn)與挑戰(zhàn)。硬件廠商產(chǎn)業(yè)內(nèi)部要升級(jí)，更新材料的同時(shí)引進(jìn)一些新技術(shù)，這里要介紹同時(shí)同頻全雙工技術(shù)（CCFD）：無線通信設(shè)備使用相同的時(shí)間、相同的頻率，同時(shí)發(fā)射和接收無線信號(hào)，使得無線通信鏈路的頻譜效率提高了一倍。即在資源不變的情況下，支持2倍數(shù)量的設(shè)備，保證WiFi傳輸中的實(shí)時(shí)性與自動(dòng)控制。CCFD被看做是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要手機(jī)等終端設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能夠在同一頻率同時(shí)工作。然而在CCFD模式下，如果發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)不正交，發(fā)射端產(chǎn)生的干擾比接收到的有用信號(hào)要強(qiáng)數(shù)十億倍。只有極高的干擾消除能力才能保證手機(jī)在同步收發(fā)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生自干擾，才能解決基站間干擾和終端間干擾。還有傳統(tǒng)5G芯片的封裝結(jié)構(gòu)在高頻率時(shí)也會(huì)輻射超標(biāo)，據(jù)悉天線封裝一體化等新結(jié)構(gòu)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中。
挑戰(zhàn)三：
產(chǎn)品開發(fā)流程與傳統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)的理念錯(cuò)位
如果在前期產(chǎn)品開發(fā)時(shí)沒有考慮到整體的EMC問題，會(huì)出現(xiàn)什么情況？小則費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢地進(jìn)行EMC測試整改，甚至重新設(shè)計(jì)；大則無法通過EMC認(rèn)證，以致產(chǎn)品無法問世，造成巨額損失。
EMC設(shè)計(jì)充滿大大小小的不確定性，小到芯片封裝結(jié)構(gòu)，大到基站、數(shù)據(jù)中心等外界電磁環(huán)境，任何一方面因素沒有兼顧到就有可能導(dǎo)致產(chǎn)品電磁性兼容不達(dá)要求。EMC設(shè)計(jì)也帶有一定主觀性，不同設(shè)計(jì)工程師，對(duì)EMC有不同的理解，對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知也不盡相同、再使用了不同的設(shè)計(jì)工具都會(huì)做出不同的設(shè)計(jì)方案。比如同樣是整改整機(jī)的輻射超標(biāo)，有的工程師會(huì)改變機(jī)身的通風(fēng)孔來加大分流；而有的工程師會(huì)從內(nèi)部著手，優(yōu)化輻射源。二者殊途同歸，但都能提升整機(jī)的EMC性能，達(dá)到整改目的。
相比設(shè)計(jì)意識(shí)的錯(cuò)位，目前缺少的是國產(chǎn)化的EDA設(shè)計(jì)工具。
美國實(shí)體清單的出臺(tái)，使“EDA工具”與“芯片設(shè)計(jì)”等同了起來。EMC仿真軟件的作用不可小覷：用模擬電路EMC設(shè)計(jì)，來代替實(shí)驗(yàn)，分析元件配置、電線建模、電磁場、屏蔽效能等，可以有效地減少終端硬件的研發(fā)周期和成本。然而，目前主流的EMC仿真軟件和芯片EDA一樣，由國外廠商主導(dǎo)，有由德國Simlab軟件公司設(shè)計(jì)的PCBMod、CableMod、RaidaSim；由SONNET軟件公司設(shè)計(jì)的SONNET High Frequency Electromagnetic Software；由Ansoft CorporaTIon公司設(shè)計(jì)的Ansoft High-Frequency and High-Speed Designers等。如果這些工具隨著5G的熱門而被全球市場爭奪，掌握這些工具的少數(shù)國外廠商提高使用門檻或?qū)Σ糠謬医?。由此而帶來的風(fēng)險(xiǎn)，將給我國硬件廠商帶來一定沖擊，也會(huì)加大消費(fèi)者的擔(dān)憂。
在乘風(fēng)破浪的5G面前，我們應(yīng)對(duì)這些潛藏在水底的EMC技術(shù)暗礁保持警惕，與時(shí)俱進(jìn)，才能在市場浪潮中立于不敗之地。