在2016年深圳舉辦的亞太電磁兼容（EMC）會議上，大會報告《干擾技術：輻射的未來》基于技術工藝的演進、革新和突破，闡述了電磁兼容領域多方面的發展趨勢。孔子曰：“溫故而知新”，也可用在預測電磁干擾（EMI）的發展中。EMI核心內容的巨大變化是由于新技術引入了不可預期的EMC問題。本文將試圖尋找一些發展規律，為EMC工程師改變工作方式提供借鑒。

EMC與技術演進

近幾十年，EMI的問題顯著增加，一些由技術演變產生的問題可以預測，其中最典型的就是信號和電源完整性（SI & PI）問題：由于電子元器件尺寸的減小和信號開關頻率的增加，互連結構內部和它們之間的電磁場成為了新產品的制約因素。

1992年，國際半導體行業的技術路線圖（ITRS）首次出版，后續定期更新，圖1給出了2003年、2009年和2013年ITRS對節點電壓的預測情況。2009年的預測并沒有實現，因為至今為止（2018年），節點電壓仍維持在0.8 V的區間。2013年，ITRS對節點電壓的變化趨勢進行了修正，因為節點電壓和噪聲容限呈線性關系，這意味著節點電壓降級已經使半導體對外部的干擾更敏感了。

IEEE EMC協會（EMCS）在2016年重新命名了研討會的名稱，從“EMC”擴展至“EMC，SI & PI”，EMCS也計劃出版關于SI & PI的學報。那我們在今后數年該如何看待EMC、SI和PI呢？

根據ITRS的預測，噪聲容限將會繼續減少，但是并不會太快；邏輯半節距長度和門尺寸將繼續縮小，對高頻干擾的敏感性逐漸增強。半導體行業驅動著技術演進，即不斷地在晶圓上增加晶體管的數量。ITRS在其總結報告中闡述到，這種變化趨勢有非常廣泛的影響，且對建模的影響越來越重要，比如串擾、基底回流路徑、基底耦合、電磁輻射和熱效應等，除熱效應外,這些影響都屬于EMC和SI&PI的領域。

EMC與革新性技術

有巨大變革的EMI問題更引人注目，因為它可能導致威脅生命或產品延期上市等災難性后果，從駕駛車輛期間使用手機導致的氣囊彈出及禁止在飛機上使用手機等事件中,我們知道引入革新性的技術會伴隨著EMC的風險。但了解這一點，我們是否就能預測未來呢？

我們可以嘗試一下，在電力電子器件中采用創新方法，比如當使用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）時，EMI電壓大概增加40 dB：電壓處理能力增加了5倍，100 ns內關斷時間下降了20次；而大部分干擾是由dV/dt產生的共模電流所導致，因此組合起來的干擾電勢為5×20=100=40 dB。 可以預測，由于技術變革，電力電子器件的開關頻率會更快，比如使用氮化鎵元件的開關，寬帶隙的功率器件將使IGBT的開關損耗下降一個數量級，但將以增加功率轉換開關波形的高頻頻譜分量為代價，通常會增加20~30 dB ,這將導致對其他系統產生無法預期的、新的高頻干擾。

當與技術演進相關時，EMI是可以（容易）預測的，但如果技術產生革新性變化，EMI的預測就變得困難，因為作為EMC工程師，很難全面了解即將引入何種“新”技術。在許多情況下，EMC僅被認為是一種“（法規要求的）符合性”問題，而忽略了其原有的“（電磁環境的）兼容性”問題。比如，智能電表在全球迅速鋪開的過程，這種情況就非常突出：智能電表的靜態計量部分很容易受到EMI的影響，但是卻有可能符合法規要求，因為法規序言中或多或少對EMI提出了相關的豁免條件，最后的結果就可能是“符合性”通過了，但“兼容性”卻有問題 。

當然，我們還是有可能預測未來的某些革新性技術引起的EMI問題的。大量的5G無線設備將很快充斥于我們的生活環境中，這就對無線共存和抗干擾能力提出了更高的要求，即要對抗有意電磁干擾（I-EMI）。比如司機停車后用無線鑰匙鎖車，竊賊使用無線干擾發射裝置阻塞汽車接收鎖車信號。

在2~150 kHz頻段，EMC問題的爭論日益加劇，當傳導干擾源的數量、等級迅速增加時，越來越多的設備在這個頻段顯示出敏感性。使用一種被稱作時域EMI（TDEMI）接收機的突破性技術，新的干擾評價方法將變為現實，可以在同一個譜里面顯示頻域（傳統）和時域信息。

EMC和突破性技術

何為突破性技術？移動電話的出現導致大量固定電話淘汰就是一個典型的例子，現已造成了固定電話網絡原有商業模式的瓦解；另一個與EMC休戚相關的突破性技術是太陽能（光伏）或風力發電技術，它避免了碳基燃料的污染；由此帶來了電力電子設備的激增，并產生了巨大的EMC隱患。與新能源技術類似的電動汽車應用也可認為是突破性技術，因為它可以完全取代內燃機。

歐盟的無線技術指令（RED）也是一個突破性技術的驅動者，指令中要求設備需有效利用無線電頻譜，并避免與其他無線通信系統的相互干擾；另外，未納入RED指令的設備也必須符合EMC指令的基本要求。時域EMI測試儀也具備了突破性的技術，這種接收機運算速度快得多，這將迫使傳統的超外差接收機逐步退出市場。

最后，還有一項值得一提的突破性技術是混響室（RC），這項技術并非革新性的，因為RC已經存在幾十年了。頻率越高，PC的方向性圖越復雜。因此，暗室（自由空間）中的天線高度掃描和轉臺旋轉步進越小，得到的方向性圖才能越精確，也就是說，測量高頻的方向性圖非常耗時。但RC則不用，它與現在的多徑環境很類似，并提供了周期性的電磁環境和隨機的極化方式，也就是說，電磁波的能量密度在RC內部的任意位置都是均勻的，并且呈現各向同性特性，即各方向的能流密度是相同的。

有些人提出，所有EMC問題是由法規要求和相關標準解決的，但本文想表達的是由于逐步演進的、革新的，甚至是具有突破性的技術不斷給EMC工程師帶來新的挑戰，促使EMC工程師提出新的解決方案、使用新的測試與測量技術。

本文刊于《安全與電磁兼容》2019年第1期