技术路线图是一种工具,实现行业内的最优开发技术。
马塞尔·范·多尔恩
飞利浦电磁学和冷却能力中心,埃因霍温,荷兰
介绍
本文扩大早期工作在电磁兼容技术的技术路线图的概念。1就像一个传统的陆地地图有助于确保旅客安全到达目的地,技术路线图是一种工具,实现行业内的最优开发技术。像所有的地图,总体的角度允许整个地形的视图包括有价值的资源和可能的障碍。
获得技术路线图的过程为一个特定的域调用发挥远景发展和战略的定义。图1描绘了技术路线图的过程。2、3一个典型的时间跨度为技术路线图是五到十年,尽管在某些技术领域,50年或更长时间并不是不可想象的(例如,能源和空间技术)。
摘要路线图过程将被应用到电磁兼容技术的领域。这一领域的特殊特征,和未来的技术发展需要,列出了电子行业的发展进化。还包括EMC技术路线图的框架和一些例子的EMC技术需求和可能性预测在给定时间跨度。基于EMC技术差距,长期EMC可以定义研究项目和计划。
EMC技术领域
准确地说,EMC技术领域是什么?当电子设备由外部噪声源不利影响,电磁干扰(EMI)。如果EMI问题存在,总有扰动源,一个受害者(敏感设备),和一个耦合路径。图2说明了这种令人不安的“三部曲”的一些例子吵和敏感设备。
从业者的电磁兼容性(EMC)努力改变罪犯和受害者为两个设备可以和谐地在同一个附近。感兴趣的频率范围延伸到直流400 GHz。可以减少干扰改变源,受害者,或耦合路径。一些典型的干扰减少技术包括:间距、过滤、分离、隔离、屏蔽、接地、电路设计。在组件可以使用这些技术,印刷电路板(PCB),电缆和连接器,内阁,或系统水平。
控制温室气体排放的国际监管框架已经建立,并确保设备不受电磁干扰。未能遵守EMC构成产品责任风险和酒吧进入市场。表1是一个至关重要的主题在电磁兼容领域的概述。这些学科在国际EMC会议在过去15年。不同的主题被分为四个主要类别:设计、标准化和测试,安全,和特定的应用领域。使用此概述,一般故障EMC和电子系统是可能的(图3)。应用领域范围从消费电子产品至关重要的军事系统。每个应用程序的主要构件包括:组件,互联(有线或无线)、子系统和系统完成。在某些应用程序中,网络中不同的系统一起工作。所有这些应用程序的重要的EMC问题可以简化为三个主要challenges-design,标准化和安全。显然,这三个区域内的趋势和需要的技术必须加以仔细地检查。
趋势和需求
电子系统的主要构件的集成电路(ic)。根据国际半导体技术发展路线图4芯片之间的通信速度增加,预计是10 GHz的芯片上的时钟15 2010年GHz(表2)。鉴于这种投影,逻辑阈值会降低,噪声容限将减少,ICs将变得更容易受到干扰。辐射排放将增加,因为增加更快的转换边缘和随之而来的能量在一个延伸到更高频率的谐波频谱。在未来的十年中,潜在的干扰源和受害者的数量和种类增加将增加一个天文exponentially-leading干涉的风险。因此,控制这种干扰成为系统设计的关键问题。
市场需要安全、可靠、高可靠、低成本的产品抗干扰的EMC-compliant。为了实现这一目标,必须开发新的方法和工具来减少排放和提高免疫力的组件,连接,和子系统。未来的电磁环境必须由立法控制与新的测试方法和标准化,频带和限制。
电磁兼容设计
高速数字生活方式(包括数字广播/电视、互联网和新应用程序和服务)正在快速形成。到2010年,所有产品将把数字技术。多媒体产品结合无线电,电视,电脑,和无线功能。这样的设备集成的风险只会增加自我玷污。无线设备的流行的爆炸性增长将导致更大的干扰挑战。家庭数字有线和无线网络会导致非传统EMI场景。
上市时间和产品生命周期越来越短。对于消费电子产品,市场上的前六个月是最有利可图的。如果产品发布会推迟,相当一部分的生命周期利润可能会丢失。EMI问题可以阻止快速运动产品创造的关键路径。设计必须减少的风险,必须改善和设计效率。需要更好的设计方法来减少排放并提高免疫力。可能性包括模拟/诊断工具,新的设计规则,并在CAD专家系统工具。
不可或缺的EMC设计方法需要达到一个最佳的成本效益的集成芯片的技术包,板、电缆、模块、外壳和系统水平。信号完整性(SI)热、软件和成本必须考虑到任何有效的方法。
电磁兼容标准化
总体趋势和需求在电磁兼容领域的监管已确定。5改进的关键领域包括:
- 越来越严格的EMC规定必须与时钟频率高,为产品开发的数字调制技术,以及有线和无线通信设备。微处理器的数量的增加在家庭、企业、工厂、和车辆将导致增加干扰问题。新的发射和免疫测试方法必须开发更高频率(mode-stirred室、全消声室等)。
- 重新评估现在的EMI限制是必要的电气环境中的变化。EMC从业者必须开发一个数据库定义保护水平广播服务,可以使用为基础推导未来EMC的限制。
- 为数字服务开发测试方法是必要的,因为当前的EMC测试方法在模拟技术,它们的起源和限制是基于保护模拟广播和电视服务低于1 GHz。数字无线电服务公差不同的宽带和窄带干扰的模拟服务。迫切需要研究这些差异的影响,在确定干扰限制和数字广播/电视产品的测试方法。解决数字EMC问题在未来十年将是一个重大的挑战。
- 技术融合多媒体产品中一览无遗(例如,电视和电脑)。目前,这种多媒体产品必须符合几个标准测试(CISPR 13和20 CISPR电视,CISPR 22和CISPR 24个人电脑)。有迫切需要解决这一不合理的成本负担EMC标准化。
- EMC的网络和设施构成了“缺失的环节”在当前的EMC标准的质量。许多连接家庭网络使用现有的权力或电话线路,没有coordination-such的安排会导致EMC问题。
他们的安全
新兴市场领域和日益关心的健康问题的潜在有害影响人类暴露于电磁场(EMF)。标准化机构在欧洲和世界范围内,对人类发展标准来限制EMF暴露。的目标是防止任何已知的不利影响对健康造成的暴露在电磁场的频率从0赫兹到300赫兹。立法需要遵守EMF标准。遵守新的EMF标准,必须开发新的EMF的能力。“EMF安全”必须集成到产品创造过程的规范设计、资格和生产。新测试、模拟和评估工具,确定产品和工作环境符合EMF标准是必要的。与此同时,新的EMF设计和应用程序/操作指南必须开发。未来扩张的无线连接,可穿戴电子产品,创新医疗复合电磁场问题的调查的必要性。
产品安全问题必须加以解决。所有电子设备受到错误或故障引起的电磁干扰。功能安全的角度对EMC需要在这些情况下,错误可能导致伤害或损害用户的健康。未能这样做,使消费者处于危险之中,使制造商受到金融风险包括责任诉讼,产品召回,负面宣传,消费者信心的丧失。事实上,EMI-related功能安全隐患造成的风险正在增加,因为:
- 迅速增加的使用电子产品的安全应用,
- 电磁环境日益恶化,
- 日益广泛使用的电子设备。
- 目前,既不安全也不EMC标准充分控制EMI-related功能安全问题。6
有意的电磁干扰(IEMI)是指蓄意产生电磁辐射和干扰进行干扰设备的操作。这样的行为可以用于犯罪目的进行。目前研究的主旨是确定这种攻击的可行性,确定检测此类攻击的方法,和/或防止可能产生的干扰。显然,方法必须开发保护设备和系统免受电磁干扰(如高级瞬态)的一个敌对的起源。
EMC技术路线图
图4显示了一个模板,可以用来创建一个技术路线图。标题指定目标下的技术部门审查。上部框架显示的趋势在这个部门。最好,应该使用定量数据帧在这个趋势。前两列表明子主题或领域的技术构成挑战,如果目标体现在标题去实现。第三列描绘了一个子主题随时间的演化。可以编码在一个箭头,双或dash-lined风格。一个单行的箭头代表最先进的技术,仍然需要研究开发和评估。两行的箭头代表了技术差距,需要发展的能力和容量如果及时发展将至关重要。虚线箭头表示一个白色的点。, a technological challenge for which there is no clear solution at present. It is important to emphasize that the technology roadmap is not a project plan, but a map showing the evolution of technologies over time. Detailed planning of project activities for achieving new technologies is part of the strategic research program.
这种分析方法可以应用于EMC技术领域的主要方面:EMC设计,标准化和安全。路线图为每个这些区域包含完整的EMC技术领域。图5显示了EMC技术路线图框架基于这种方法,指出一些重要的子主题。互动工作坊和咨询的专家领域允许“制图师”制定一个更详细的地图和填写关键细节。
使用一个话题“建模与仿真”是整个流程的说明(表3)。副标题在EMC标准化、“多媒体”和“IC /模块测试”也详细的路线图(表4)。表3和4涵盖2006年至2015年的时间跨度。
建模与仿真
在表3中一些趋势领域的EMC设计。很明显,增加了从MHz GHz频率域,开发相应的米,厘米波长的变化。这解释了为什么截然不同的变化,在过去的电缆连接到董事会和系统造成辐射排放的嫌疑。在未来,追踪在集成电路PCB甚至包将被标记为可能干扰来源。
设计工具,模拟集成电路和多氯联苯的信号完整性的行为已经相当成熟。不幸的是,一个完整的集成电路电磁兼容分析,董事会,或系统水平仍然是不可能的。正确的建模是非常重要的,但也很复杂,这个分析过程的一部分。快速计算电磁算法需要分析工具用户友好。合成工具,可以定义的最佳EMC架构创建一个复杂的系统不存在至关重要的“白点”。
最终,EMC专家系统将关闭之间的差距子系统和完整的系统模拟。建模与仿真在明确定义的问题应该带来新的见解和IC设计指南,董事会和系统水平。这些发现将被集成到更全面的专家系统和设计工具。
多媒体
目前的排放和免疫标准音频/视频(CISPR 13和20)和信息技术设备(CISPR 22和24)将合并成一个新产品标准多媒体设备(CISPR 32到35)。保证满意的保护数字广播接收器的无线通信系统中,一个新的权重因子应该开发一个新的限制。对于免疫测试,应制定统一的扰动源代表的典型干扰特性最常用的数字调制通信信号。这些显而易见的例子技术差距在多媒体领域的电磁兼容标准化应该解决的。
集成电路/模块测试
最近,测量方法描述集成电路的发射和免疫行为150千赫至1 GHz频率范围被定义(IEC 61967和IEC 62132)。在未来几年,经验创建实际设计使用这些先进的测试方法应该带来进一步的细化。不同的测试方法之间的相关性应该调查。技术领域的差距IC测试中发现标准排放和免疫测试方法1 GHz以上。为半导体行业迫切需要开发这样的测试方法。同时,EMC的相关性需求在系统级EMC IC /模块级别的限制是一个重要的区域调查值得更多的关注。
EMC技术路线图确定所需的关键使EMC技术未来的市场和技术差距现有技术和那些需要的人。它有助于定义一个战略长期研究计划需要加快引进新技术在我们的社会。产生的文档EMC技术路线图过程是一个技术创新的第一步。在创建路线图之后,必须实现这个计划。研究和开发的费用是昂贵的,减少预算使得个别公司追求独立开发的技术可能需要满足未来市场的需求。应该鼓励企业和大学之间的合作和伙伴关系,帮助实现所需的电磁兼容研究和发展目标。
结论
技术路线图是一种有效的工具来识别过程,选择和开发EMC技术,将满足未来市场的需求。本文代表一个初始步骤定义一个框架的EMC技术路线图。最重要的EMC技术主题的类别下探索EMC设计,标准化和安全。技术路线图EMC设计和标准化提供相关过程的例子。
团队的主要行业的专家和研究机构必须制定一个路线图,确定新兴市场需求和具有挑战性的EMC技术差距。这个路线图将有助于确定战略研究公司和决策者必须做出的选择。这个统一的努力将整合EMC技术成功地在明天的世界里创建一个electromagnetic-friendly和安全的社会。
笔记
欧洲技术网络电磁环境的可持续利用提出了路线图的过程,这导致了小册子“视觉2020:EMC技术路线图。”宣传册可以在www.emc-esd.nl上下载(链接:ETN-SEE)。
引用
1。M.J.C.M.·范·多尔恩”EMC技术路线图:一个长期的战略,“学报17苏黎世EMC国际研讨会,新加坡,2006年。
2。l . Eggermont a.o。,“Embedded Systems Roadmap 2002,” STW Technology Foundation/PROGRESS, ISBN: 90-73461-30-8, March 2002.
3所示。“美狄亚+应用程序技术路线图,”美狄亚+办公室,1.0版本,2003年11月。http://www.medea.org/。
4所示。“2004年国际半导体技术发展路线图”,http://public.itrs.net/。
5。p·克里EMC标准——君在何处,“IEEE EMC伊斯坦布尔,2003。
6。k·阿姆斯特朗,“EMC功能安全”,IEEE研讨会上产品安全工程、圣克拉拉,CA, 2004。
马塞尔·范·多尔恩出生在蒂尔堡,荷兰,1954年。他收到了B.Sc.电气工程学位的技术高中埃因霍温,荷兰1976年,和大学的理科硕士学位,电子工程埃因霍温,荷兰在1981年。从1982年到1986年,他在乌得勒支的荷兰铁路工作的电磁建模与仿真列车检测系统。1986年,他加入飞利浦消费电子产品,他曾在许多不同领域的电磁兼容性(EMC)领域,从测试和标准化、咨询和研究。他提出了许多国际EMC在飞利浦和post-academic学生训练。目前,他的技术和策略管理器飞利浦电磁学和冷却能力中心,负责未来几年的EMC技术路线图。