盡管中國(guó)設(shè)計(jì)能力不斷提升，但具體設(shè)計(jì)過程中的一些“老大難”問題依然困擾著廣大工程師。對(duì)于EMI/EMC、低噪聲設(shè)計(jì)、RF電路、信號(hào)處理、電源管理等實(shí)際上是相互關(guān)聯(lián)的，電路匹配和PCB布局布線是解決這些問題的關(guān)鍵一步，與理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)積累分不開。當(dāng)然，“老大難”還常常意味著更多研發(fā)成本和投入，因此我們需要一些新思路和新方法，必要時(shí)可以借助外部資源和力量，這樣才能在有限研發(fā)預(yù)算內(nèi)將設(shè)計(jì)做得盡量完美。

“終極”降噪案例：克服GPS應(yīng)用的EMI 

        EMI問題普遍存在于電子系統(tǒng)中，而在高頻、無線系統(tǒng)中往往更加突出。對(duì)于如今熱門的GPS應(yīng)用，如何解決EMI問題意義顯得更加重大，因?yàn)镚PS衛(wèi)星距離地面上萬公里，信號(hào)到地面非常弱，不及手機(jī)信號(hào)的千分之一，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念可能會(huì)使GPS成品有很多問題。 
        現(xiàn)在的GPS手機(jī)很能說明這個(gè)問題，盡管很多公司把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來面市了，但這些產(chǎn)品的系統(tǒng)性能很多達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，甚至發(fā)出錯(cuò)誤信息，對(duì)于車輛導(dǎo)航等應(yīng)用來說是很危險(xiǎn)的，對(duì)于LBS應(yīng)用來說也會(huì)招致用戶的不滿。 
        在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，除了磁珠、EMI濾波器等常用手段，天線選擇是控制EMI的有效手段之一，有便攜式導(dǎo)航設(shè)備(PND)設(shè)計(jì)公司曾表示：“我們基本上只用patch天線，還沒有考慮chip全向天線，因?yàn)榈侥壳盀橹刮覀儼l(fā)現(xiàn)還是patch天線的GPS信號(hào)接收效果最好，當(dāng)然這樣其他方面就有折衷，如方向性和尺寸，但性能往往更重要，用戶對(duì)此還能接受。” 
        不過，很多電子工程師面臨產(chǎn)品快速面市和花時(shí)間掌握技術(shù)的兩難境地。對(duì)此現(xiàn)成的GPS模塊可能是個(gè)更好的選擇，在抗噪聲方面使設(shè)計(jì)的可移植性更好。據(jù)業(yè)內(nèi)人士表示，主流GPS芯片和模塊產(chǎn)品在性能上(靈敏度、功耗和尺寸等)實(shí)際差別不大，品牌和服務(wù)是用戶選擇時(shí)考慮的重點(diǎn)。 
        現(xiàn)在模塊廠商普遍都宣稱會(huì)協(xié)助用戶進(jìn)行天線選型、電路板布局布線以及其他關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)咨詢。例如與諾基亞在手機(jī)射頻電路上有多年合作的芬蘭Fastrax就能提供系統(tǒng)化工程服務(wù)，從GPS天線設(shè)計(jì)評(píng)估、原理圖把關(guān)、PCB布局布線設(shè)計(jì)建議，到PCBA的EMI檢測(cè)(測(cè)試項(xiàng)目多而全)及EMI問題的解決、GPS成品系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議及EMI問題的解決(所有服務(wù)免費(fèi)，用戶可將板子寄往芬蘭有技術(shù)專家進(jìn)行檢測(cè)和提出改進(jìn)意見，細(xì)到電容、電阻的選擇都給出建議)。 

借助供應(yīng)商在線開發(fā)環(huán)境進(jìn)行電源設(shè)計(jì) 

        另一項(xiàng)極需經(jīng)驗(yàn)積累的設(shè)計(jì)就是電源管理電路，這也是多年來“名列前茅”的幾大挑戰(zhàn)之一。 
電源管理IC除了向更高性能(如更高電壓或更高效率或更低噪聲、更高PSRR等)、更高功率密度、具備能源管理和更小尺寸/更先進(jìn)封裝，易用性也是廠商們爭(zhēng)相提升的重要特性。 
       如今，諸如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體、凹凸微電子等電源器件供應(yīng)商都推出了各具特色的在線或離線(可下載)設(shè)計(jì)工具，以實(shí)現(xiàn)器件的易用性并通過分享廠商自己多年積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來幫助工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，加快上市時(shí)間。 
        美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)黃漢基介紹說，該公司的WEBENCH在線工具可為工程師推薦合適的器件，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，具體到電源設(shè)計(jì)上就是：根據(jù)用戶設(shè)定的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流以及工作時(shí)環(huán)境溫度等信息，利用在線電氣仿真和熱仿真，設(shè)計(jì)并優(yōu)化電源，并可快速獲得定制的原型套件。 
        以該公司帶仿電流模式(ECM)控制的第四代SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器系列(該系列的產(chǎn)品集成了同步整流開關(guān)FET和PWM單元)為例，除增強(qiáng)了相關(guān)優(yōu)化器(采用“撥號(hào)式”參數(shù)調(diào)諧界面)，WEBENCH在線工具還提供了簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償建模功能。(如圖1) 

        圖1：國(guó)半的在線設(shè)計(jì)工具WEBENCH(這里顯示了帶“撥號(hào)式”SIMPLE SWITHCER開關(guān)穩(wěn)壓器參數(shù)優(yōu)化調(diào)諧界面)。 
        對(duì)于沒有機(jī)會(huì)被供應(yīng)商“很好地服務(wù)”的中小公司電源工程師來說，可能需要好好利用這類免費(fèi)平臺(tái)去進(jìn)行器件的選型；而對(duì)于非電源專業(yè)的工程師也可利用這類平臺(tái)先找找感覺，按照自己的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)出一個(gè)電源電路原型，并進(jìn)行分析和仿真。 

        盡管很多IC器件本身具備一定的ESD保護(hù)功能，但如今越來越多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要外部的ESD保護(hù)器件�，F(xiàn)有的方案中，壓敏電阻雖然價(jià)格低廉，但經(jīng)歷多重應(yīng)力后性能容易衰退、具有高寄生電容，通態(tài)導(dǎo)電率低；而聚合物雖然寄生電容低，但觸發(fā)電壓高，且性能同樣容易衰退。 
        因此，隨著當(dāng)今設(shè)計(jì)向小型化、更高密度、更多復(fù)雜功能度，市場(chǎng)對(duì)鉗位性能更優(yōu)異、低泄露使用壽命更長(zhǎng)的瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)(已有超低電容版本)的需求越來越大，特別是手機(jī)等帶多種高速互連接口的小體積、高密度便攜式消費(fèi)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)�！霸谑袌�(chǎng)份額方面，壓敏電阻與TVS差不多開始各占一半�！卑采�美半導(dǎo)體公司亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁麥滿權(quán)說。 
        正如安森美標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組分立產(chǎn)品部資深技術(shù)專家Robert Ashton博士指出的，IEC61000-4-2等ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的，而在器件級(jí)，業(yè)界尚無更進(jìn)一步的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠商有不同的定義和要求�！耙话銖S商都聲稱ESD器件能承受最高±30KV的應(yīng)力，但其他指標(biāo)的表現(xiàn)可能就大相徑庭了�！� 
       Robert推薦了一種測(cè)量鑒定同類ESD器件的直觀方法—相同應(yīng)力電壓觸發(fā)后的屏幕截圖和傳輸線路脈沖(TLP)分析法(圖2是相關(guān)電氣原理圖)，可用它來對(duì)比不同廠商的產(chǎn)品。前者可對(duì)比ESD器件對(duì)大電流導(dǎo)電率(鉗位電壓)、到達(dá)低工作電壓后的時(shí)間，后者通過TLP電流-電壓(I-V)曲線對(duì)ESD器件放電過程一目了然。  
        另外，包含幾個(gè)TVS二極管的ESD陣列雖然比同數(shù)量單個(gè)TVS元件在PCB占位面積上更小，更經(jīng)濟(jì)，但安森美的麥滿權(quán)提醒到，這里有一個(gè)電路布局問題，若ESD的導(dǎo)入接口分布在系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)的兩側(cè)，那么采用ESD陣列可能導(dǎo)致走線拉長(zhǎng)和變得更復(fù)雜，得不償失，這時(shí)候分別采用幾個(gè)獨(dú)立的TVS器件反而更省事，對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響也更小。 
        最后談?wù)劮庋b。ESD器件的封裝腳間距如今已可做到很小，不過目前大陸很多SMT生產(chǎn)線并不能達(dá)到一些封裝要求的工藝水平，時(shí)常有元件脫落現(xiàn)象，因此工程師選器件還要考慮生產(chǎn)環(huán)節(jié)的匹配問題，最小不一定最合適。 

實(shí)現(xiàn)真正具有成本效益的設(shè)計(jì) 

        不過，很多業(yè)內(nèi)人士表示，中國(guó)工程師經(jīng)常迫于老板們要求的上市時(shí)間和成本壓力，不得以可能會(huì)對(duì)“沒有最好只有更好”的設(shè)計(jì)難題如EMI問題簡(jiǎn)單處理一下就完事，使得產(chǎn)品的質(zhì)量難以保證，而且產(chǎn)品的功能也會(huì)受到影響。如果你也在為這種折衷而痛苦，那么請(qǐng)?jiān)囍�用下面的事�?shí)去說服你的老板實(shí)現(xiàn)一種真正的成本效益。 
        聲稱對(duì)中國(guó)前五名“貼牌手機(jī)”（即俗稱的“黑手機(jī)”）制造商有所了解的麥滿權(quán)指出，這些公司設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)很強(qiáng)大，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的高要求出乎人們的意料，舍得必要的投入。無須承諾“三包”的黑手機(jī)廠商都從做長(zhǎng)遠(yuǎn)生意和身份轉(zhuǎn)“正”的角度考慮來要求設(shè)計(jì)的高可靠性，更何況時(shí)刻擔(dān)心客戶投訴或返修而影響品牌形象或丟失利潤(rùn)的“正經(jīng)”公司呢？除非他不想讓公司發(fā)展壯大。 

相關(guān)信息

* 什么是電源管理？         電源管理是指如何將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件。電源管理對(duì)于依賴電池電源的移動(dòng)式設(shè)備至關(guān)重要。通過降低組件閑置時(shí)的能耗，優(yōu)秀的電源管理系統(tǒng)能夠?qū)㈦姵貕勖�延長(zhǎng)兩倍或三倍。 * 什么是GPS？         全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀(jì)70年代由美國(guó)陸�？杖�軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：(1)地面控制部分，由主控站(負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個(gè)地面控制系統(tǒng)的 工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測(cè)站(數(shù)據(jù)自動(dòng)收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成；(2)空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)道平面上；(3)用戶裝置部分， 主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。 * 什么是EMI？         (Electro Magnetic Interference)，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。