一年一度的IEEE「EMC+SIPI」大會來去匆匆。向來著重於探討電磁相容性(EMC)、訊號完整性(SI)和電源完整性(PI)的這場年度大會2019年7月22~26日於美國紐奧良(New Orleans)密西西比河(Mississippi River)濱海沿岸的Ernest N. Moriel會議中心(圖1)召開。在為期一週的議程、展示與活動中,明顯可見本次的會議內容較往年有著顯著的不同。

20200203NT31P1 圖1 美國紐奧良的Ernest N. Morial會議中心。

就在接近會議的前幾天,由於一場可怕的熱帶風暴Barry即將來臨,我們還不能確定會議是否能順利舉行。這場熱帶風暴在會議召開前幾天抵達,短暫地被歸類為一級颶風,但很快就減弱為熱帶風暴。當我們開始陸續抵達會場時,天氣已經回歸到正常的午後陣雨,溫度炎熱潮濕。

在這場年度大會中有太多有趣的活動同時登場,想要面面俱到可是一項挑戰,但我會儘量著重於報導幾個值得關注的亮點。

議程更具實用性

克萊姆森大學(Clemson University)電子與電腦工程榮譽教授兼該校車載電子實驗室主任Todd Hubing擔任此次大會的技術議程主席,並為與會者進行實機展示。由於非學術界的與會者經常抱怨研討會缺乏足夠的實際展示,因此,這次的整體議程不同於以往,讓與會者耳目一新。不僅有更多的實作研習會和實驗/展示議程,而且從平常只在週一和週五才有的議程也延展到週三。

雖然有大量的學術報告,但內容似乎更具實用性,海報論文議程的定位更好、宣傳也更到位。同時,也更注重年輕的專業人士(畢業不到15年)。

EMC諮詢公司SILENT Solutions創辦合夥人Lee Hill主持了一向受歡迎的「EMC基礎知識」系列研討會,甚至是許多經驗相當豐富的工程師也參加了此次課程。

5G推動通訊平台轉型

美國國家工程院院士暨加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego;UCSD)特聘教授Gabriel M. Rebeiz在7月23日發表專題演講,為本屆大會拉開序幕(圖2)。他以《5G與指向性通訊的崛起》(5G and the Rise of Directive Communication)——馬可尼時代的終結即將來臨(The End of the Marconi Era is Near)為主題發表演說;儘管我們這些業餘的無線電愛好者有點反對這種說法,但他的簡報闡明了5G技術,並詳細介紹了我們即將面對的技術挑戰,以及令人振奮的技術特性。

20200203NT31P2 圖2 Gabriel Rebeiz在主題演講上講解5G基礎知識。

5G不僅僅涉及波束控制天線陣列與高資料速率,其願景在於推動所有通訊平台的轉型,包括無線資料(如同我們現在所知的)、行動裝置、車對車(V2V)和車聯網(V2X)。

藉由使用波束控制,在行動裝置上的4×4天線陣列(26度波束寬度)增益預計為15dB,而基地台上16×32天線陣列(6度波束寬度)的增益可望達到33dB。

在全球各地以毫米波(mmWave)頻段保留的頻率範圍包括24~28GHz、37~40GHz,以及64~71GHz。看來大多數的mmWave頻段將會圍繞在24GHz~28GHz頻率範圍之間。

高通(Qualcomm)和三星(Samsung)等製造商已在生產整合型天線和射頻(RF)模組,包括mmRF和4×4天線陣列。5G系統已經陸續在2019年推出,包括來自三星、中興(ZTE)、諾基亞(Nokia)、摩托羅拉(Motorola)和LG等具備5G功能的7款手機。有趣的是,5G的推出速度比4G快得多。

EMC標準最新進展

對於這場EMC+SIPI 2019年度大會,我決定參加歷時整個下午的聯合G46和TC 8 EMC標準更新會議。主講人是美國太空總署(NASA)高達德太空飛行中心(GSFC)首席EMC工程師John McCloskey,他就韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)的「故障排除挑戰」做了精彩的概述。

NASA噴射推進實驗室(JPL)電磁工程師Robert Scully則介紹關於小型衛星、木星(Jupiter)探測器的EMC挑戰,以及NASA E3的最新進展等幾場精彩演講。

針對EMC相關標準,EMC相容性與國防太空顧問Ken Javor在報告中介紹MIL-STD-464 D新版標準的更新,並擴展至將直升機靜電放電(ESD)包括在內。

Don Heirman Consultants總裁Don Heirman說,IEC工作組正著力於「以無線電實現的產品」、機器人、個人行動裝置、車用充電器的限制、多個無線裝置的聚合問題,以及參與TC77(抗擾度)、CISPR/I(多媒體)和SC 77B(高頻現象)等技術委員會的任務。

Lockheed Martin Space Systems航太EMC工程師James Lukash在簡報中提到,AIAA S-121已經改版(更新至2017年版),並作為MIL-STD-461用於航太和衛星的客製版。Aerospace Corporation也發佈其TOR-2019-00179,是按其要求製作的S-121客製版標準,其目標在於精簡原始版本。

美國汽車工程師學會(SAE)將在未來幾年對15種不同的「AIR」系列標準進行修訂。例如,AIR6811在於比對民用飛機機架(波音767機架)和MIL-STD設備的適用性。

Hoolihan EMC Consulting總裁Dan Hoolihan更新了ANSI C63委員會的工作內容,包括一系列的標準,特別是天線校準、輻射發射站的檢驗、無線裝置和助聽器之間的相容性、醫療裝置的抗擾度、測量的不確定性、NSA測量值、EMC的最佳實作、照明設備排放量、車輛的無線電力傳輸及授權和免授權的廣播服務等。

技術議程點吸睛

由於一週的會議包括許多同時舉行的技術會議、研討會,以及別具特色的EMC實驗和展示,當然難以涵蓋所有內容,因此僅就參與會議的一些亮點進行介紹。

如同往常一樣,EMC基礎知識研討會在7月22日全天進行。Hill的報告內容豐富又有趣。此次會議是關於EMC放射,我不確定之前是否提到過。他指出電源的線路阻抗穩定網路(LISN)僅僅是一個用電壓來測量電流的「神奇阻抗盒」。他還講述了該測量的物理幾何形狀,以及關於故障排除的幾點建議。

20200203NT31P3 圖3 Lee Hill講解如何進行EMC放射測量。

Hubing對「接地」做了非常清楚的介紹,並區分了接地結構(零電壓參考)和電流迴路。重點在於你可不能讓電流通過接地結構,而這就得靠接地層的作用。他還指出,雖然單點接地在所有的理想參考點都相同的情況下是可行的,但單點電流的返回情況「非常糟糕」。

有幾項EMC實驗和展示是同時進行的,其中有些是在一般展示室進行,而不像過去那樣位於展覽大廳進行。事實上,這倒是有點讓人暈頭轉向,因為必須仔細地翻看議程手冊,才能確保準時到達正確的展示位置。

精彩的演講眾多,其中有兩場特別值得注意。西班牙薩拉戈薩大學(University of Zaragoza)教Arturo Mediano經常進行實際的動手展示,本次他展示了如何使用帶有追蹤產生器和近場探測器的頻譜分析儀來測量元件、電纜和電路板的共振(圖4)。

20200203NT31P4 圖4 Arturo Mediano解釋如何測量電路共振。

Wurth Elektronik工程師Antonio Alcarria和Jared Quenzer包辦了另一場吸引眾多聽眾的會議。他們展示了幾種EMI故障排除技術和基礎EMC濾波技巧(圖5)。

20200203NT31P5 圖5 Wurth Elektronik的工程師展示EMC基礎知識。

業界大廠亮相新方案

參加「EMC+SIPI」大會的參展商數量持續減少,本次只有50家公司參展,相較於去年的113家,下降了44%。參展商數量逐年減少的趨勢持續幾年了,但本次的下滑數字最劇烈。連續幾年參展的主要廠商包括AR RF/Microwave Instrumentation、ETS-Lindgren、Fischer Custom Communications,以及羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz)。

20200203NT31P6 圖6 展覽大廳入口。

20200203NT31P7 圖7 Eriko Yamato和FaradFlex的Robert Carter沉浸在氛圍中。

美國通訊產品與服務供應商SteppIR Communication Systems是初次在EMC+SIPI進行簡報的公司。該公司針對業餘無線電愛好社群推出非常獨特的遙控調諧八木天線,吸引了我的注意。由於這種波道式天線可以自動調諧到較低的電壓駐波比(VSWR),因而在輻射抗擾度測試中需要更少的RF驅動(放大器產生的諧波失真相對較低)。

XGR Technologies也是新的參展商,該公司在2018年向W. L. Gore & Associates收購了技術和IP,用於製造獨特的SnapShot EMI屏蔽產品。其屏蔽設計專為吸附於電路板上的焊錫球而打造,從而為返回平面提供幾乎連續不斷的連接。

Tektronix展示了大量產品,包括配備觸控螢幕的3、4、5和6等新系列示波器,大多數機型並內建頻譜分析儀和頻譜視圖軟體。這些新的儀器讓時域和頻域分析之間的映射更容易了。

Rohde & Schwarz正推動其「早期測試,經常測試(test early, test often)」的目標,並持續開發價格合理的頻譜分析儀和示波器。該公司還展示其快速的EMI接收器,以及一系列測試設備,為EMC合規性測試和EMI故障排除提供完整的測試解決方案。

在地美食、音樂串連EMC社群

7月23日的歡迎招待會在會議中心附近的世代廳(Generations Hall;一座1820年代的糖廠,現在裝飾著描繪紐奧良爵士樂的藝術品)舉行,供應紐奧良風格的各種當地食物(圖8和9),正如你所想像的,出席的人很多。

20200203NT31P8 圖8 紐奧良爵士樂隊助陣歡迎週二招待會與會者。

20200203NT31P9 圖9 週二的歡迎招待會與會者眾多。

7月24日的慶祝活動本次比較低調,當晚大部份時間都在表演爵士三重奏(圖10)。由於音樂音量較低,與會者之間也就較易於交談。

20200203NT31P10 圖10 週三晚上慶祝活動上大部份時間都在演奏爵士三重奏。

我不得不說,這次的青年專業人員(Young Professionals)議程標準確實提高了。7月22日是EMC挑戰賽,他們得測試自己在眾多EMC領域的知識。在為期一週的會議中也還有其他一些社交活動,包括青年交流,以及紐奧良自行車騎行等活動。

觀察這一整週的會議活動,這次在技術上有了更多的實際展示和研討會。此外,此次大會持續更加關注年輕的專業人士,這樣正合時宜,因為一些「資深老手」已經開始退休了,我們需要把這些技能傳承給下一代。

這是我第一次參與的會議在EMC基礎知識、實用技術內容和學術論文之間找到了平衡點。作為一名「在職工程師」,過去我經常抱怨研討會上缺乏實際的展示,而今在「EMC+SIPI 2019」,算是第一次意識到如此巨大的進步。

(參考原文: EMC/SIPI Symposium gets more practical,by Kenneth Wyatt)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年2月號雜誌