2011年7月23日20時(shí)34分，北京至福州的D301次列車行駛至溫州市雙嶼路段時(shí)，與杭州開往福州的D3115次列車追尾，導(dǎo)致D301次1、2、3列車廂側(cè)翻，從高架橋上掉落，毀壞嚴(yán)重，4車廂懸掛橋上，D3115次15、16車廂損毀嚴(yán)重。 截至7月29日，事故已造成40人死亡,200多人受傷。40名遇難者身份確認(rèn)，其中有兩名外籍人士。D301次列車司機(jī)當(dāng)場(chǎng)死亡，胸口被車閘刺穿，可以推論司機(jī)通過肉眼看到前面的列車時(shí)，做過剎車的處理，但是已經(jīng)來不及了。事故原因（*公布）是因?yàn)闇刂菽系男盘?hào)指示燈遭雷劈，導(dǎo)致本來應(yīng)該是顯示紅燈，而錯(cuò)誤升級(jí)顯示為綠燈。值班人員對(duì)事故的敏感度不強(qiáng)，釀成這場(chǎng)事故。 
     我司技術(shù)工程師和相關(guān)人員在電磁兼容行業(yè)從業(yè)也有6年的從業(yè)經(jīng)歷，由于職業(yè)敏感，總覺得可能與產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)有關(guān)，所有發(fā)表《7·23甬溫線特別重大鐵路交通事故引發(fā)的電磁兼容的思考》。一個(gè)電子電氣產(chǎn)品是否穩(wěn)定可靠主要取決于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，其包含了電磁兼容（EMC，即產(chǎn)品的抗*力和對(duì)外產(chǎn)生的干擾），安全，環(huán)境適應(yīng)性（高低溫，濕熱，鹽霧，振動(dòng)，沖擊等）等技術(shù)指標(biāo)。就當(dāng)前中國的電子電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)來說，欠缺的就是可靠性，產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)成為產(chǎn)品質(zhì)量的瓶頸?？煽啃灶I(lǐng)域中zui難的就屬電磁兼容，暫不考慮高鐵和動(dòng)車設(shè)備對(duì)外的干擾，任何一個(gè)應(yīng)用在高鐵和動(dòng)車設(shè)備中電子電氣產(chǎn)品在應(yīng)用中不可避免的會(huì)經(jīng)受各種干擾，如雷擊，靜電放電，射頻電磁場(chǎng)干擾，電網(wǎng)中由于感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的各種瞬態(tài)脈沖干擾等，如果一個(gè)產(chǎn)品不具備抵抗這種干擾的能力，這個(gè)產(chǎn)品只能成為一個(gè)用來參觀的樣機(jī)。在產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用周期中，這種干擾沒有辦法避免，*能做的是將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的抗*力提高，使其表現(xiàn)出較高的抗*力，在干擾中正常“生存”。像高鐵 動(dòng)車屬于運(yùn)動(dòng)性的室外工作設(shè)備，其工作換進(jìn)惡劣，多變，抗*力的設(shè)計(jì)顯的更加重要。如動(dòng)車宣稱有防撞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，請(qǐng)問：“這個(gè)系統(tǒng)能在雷電產(chǎn)生的瞬間正常工作嗎？”
    2、EMC設(shè)計(jì)技術(shù)與管理的發(fā)展與現(xiàn)狀
鑒于中國的技術(shù)發(fā)展時(shí)間和階段，目前大多數(shù)企業(yè)對(duì)EMC技術(shù)的掌握和應(yīng)用還處于初級(jí)階段?？梢源竽懙恼f，高鐵電子部分的設(shè)計(jì)水平也只是處在這個(gè)階段，具體表現(xiàn)如下：
•    工程師大多沒有接受過系統(tǒng)的全面的EMC培訓(xùn)經(jīng)歷。
•    企業(yè)內(nèi)部沒有一套針對(duì)EMC設(shè)計(jì)流程或方法，產(chǎn)品EMC性能的好壞*取決于個(gè)別產(chǎn)品開發(fā)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)成本也很高。
•    企業(yè)沒有一套對(duì)EMC性能負(fù)責(zé)的責(zé)任體系，沒有專職的EMC專家或設(shè)計(jì)工程師。
•    由于目前業(yè)界的大部分EMC書籍、教學(xué)資料、培訓(xùn)太偏向與EMC理論，導(dǎo)致企業(yè)中的開發(fā)工程師即使學(xué)習(xí)過很多EMC知識(shí)，如濾波、接地、屏蔽等原理，但是面對(duì)實(shí)際的產(chǎn)品，往往難以下手。
所以，如果有“專家”說：“我們?cè)O(shè)計(jì)的高鐵 動(dòng)車是安全的”，那么請(qǐng)問：你的依據(jù)是什么？ 你做了各種抗干擾測(cè)試，并且通過？還是在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行的仔細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估？你的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是有分析各種干擾問題的能力？還是否掌握了產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)的技巧？筆者認(rèn)為沒有。
從產(chǎn)品開發(fā)過程來說，要解決EMC問題的zui根本方法就是，企業(yè)必須學(xué)會(huì)對(duì)其所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行：
（1）    設(shè)計(jì)中進(jìn)行EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
（2）    設(shè)計(jì)后進(jìn)行大量的測(cè)試；
（3）    安裝時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)；
如果從設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估看，可以從如下幾方面進(jìn)行：
（1）    “產(chǎn)品的EMC測(cè)試計(jì)劃制定”
（2）    “產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)架設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”；
（3）    “單板設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”；
（4）    “電路原理圖設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估” ；
（5）    “PCB布局布線”；
企業(yè)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常需要由企業(yè)中的EMC專家、顧問或經(jīng)過該方法專業(yè)培訓(xùn)產(chǎn)品系統(tǒng)工程師擔(dān)任。企業(yè)如果有了正確的EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估手段，就可以清楚的看到現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)在EMC方面存在的優(yōu)點(diǎn)、缺陷與風(fēng)險(xiǎn)，從而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中解決EMC問題的隱患。

3 產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)架設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)分析
3.1 產(chǎn)品的系統(tǒng)接地與浮地
產(chǎn)品的接地（一定要3.2中表述的合理接地，不然接地會(huì)成為反作用，而惡化產(chǎn)品EMC性能）可以將外界干擾在到達(dá)產(chǎn)品內(nèi)部電路之前導(dǎo)入大地（當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)用在高鐵車廂時(shí)，其接地就是接車廂金屬部件），使內(nèi)部電路免受干擾影響，并將產(chǎn)品內(nèi)部電路產(chǎn)生的EMI噪聲電流在流向I/O之前，導(dǎo)入大致，避免產(chǎn)品EMI問題的發(fā)生。因此，產(chǎn)品系統(tǒng)是否接地（或接機(jī)箱），對(duì)產(chǎn)品的EMC風(fēng)險(xiǎn)非常重要，系統(tǒng)接地將大大降低產(chǎn)品的EMC風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)該盡量避免浮地系統(tǒng)的存在。除非有一個(gè)很好的金屬平面與該產(chǎn)品的電路直接連接或通過Y電容連接，使大部分共模電流通過金屬板流動(dòng)。也許這一點(diǎn)對(duì)于特定的產(chǎn)品來說是一句空話，因?yàn)閷?duì)于很多特定的產(chǎn)品，由于應(yīng)用環(huán)境的限制，設(shè)計(jì)工程師并不能選擇其是否接地。但是作為EMC分析，設(shè)計(jì)者必須清楚，當(dāng)你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為浮地產(chǎn)品時(shí)，EMC風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。
產(chǎn)品系統(tǒng)應(yīng)盡量避免浮地。如果采用浮地，則應(yīng)記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
3.2 產(chǎn)品系統(tǒng)接地位置和方式
產(chǎn)品接地的*大問題就是接地點(diǎn)的位置，當(dāng)一塊電路板放置于金屬外殼后，電路板的接地問題即為電路板和外殼之間的連接位置，連接位置需要定義在I/O端口附近，而且必須通過電容或?qū)w實(shí)現(xiàn)電路板的工作地與金屬外殼之間的互聯(lián)。
如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
EMC意義上的產(chǎn)品系統(tǒng)的接地線的尺寸應(yīng)該至少具有10cm長(zhǎng),并具有長(zhǎng)寬比小于5的低阻抗金屬. 安規(guī)意義上的黃綠PE接地線,不符合EMC的要求,因?yàn)槠湓诟哳l下阻抗較大,寄生電感約10nH/cm。這樣產(chǎn)品系統(tǒng)接地端子的設(shè)計(jì)必須具有接較寬的接地線的能力，如編織銅帶。
如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
3.3 工作地和大地（保護(hù)地或機(jī)殼地）之間的連接點(diǎn)的位置（直接或通過Y電容接）
產(chǎn)品接地（接保護(hù)地或機(jī)殼地）的目的是為了讓干擾（共模電流）流向大地，因此，產(chǎn)品內(nèi)部工作地與大地之間的連接位置必須要能避免共模電流流過產(chǎn)品內(nèi)部電路板的工作地平面或扁平電纜等內(nèi)部互連電纜，而且接地點(diǎn)的位置必要靠近注入共模干擾電流的I/O口，不合理的連接點(diǎn)位置將引入共模電流的干擾。
如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
如，產(chǎn)品內(nèi)部工作地與大地之間接地點(diǎn)選擇在電路板中I/O口的另一側(cè)，則將導(dǎo)致嚴(yán)重的EMC問題，這時(shí)就必須使用兩個(gè)接地點(diǎn)，或?qū)/O口組合在電路板的一側(cè)。

3.4 輸入輸出端口連接器在產(chǎn)品中或在電路板中的位置
按照共模電流在產(chǎn)品內(nèi)部流動(dòng)的規(guī)律，那些流過共模電流的連接器應(yīng)該集中放置在一個(gè)電路板的同一側(cè),這樣可以不使共模電流流過整個(gè)電路板及其工作地（GND）, 分散的在電路板中放置連接器將導(dǎo)致共模電流流過產(chǎn)品內(nèi)部電路，這意味著EMC風(fēng)險(xiǎn)的增加.設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品中輸入輸出端口連接器在電路板中的位置時(shí)，必須滿足以上描述要求，如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
3.6 印制電路板之間的互連、互連線和連接器處理
電路板之間互連線（如排線、扁平電纜）中的每一根工作信號(hào)參考地地線和互連連接器中的工作信號(hào)參考地地線通常具有較高的阻抗, 在共模電流流過時(shí),會(huì)在互連地線上產(chǎn)生較大的壓降。該壓降往往是對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生干擾的原因。同樣，互連線上的高速信號(hào)回流產(chǎn)生的壓降是產(chǎn)品產(chǎn)生EMI問題的主要原因。 因此對(duì)于直接接地的設(shè)備或通過Y電容接地的設(shè)備， 必須保證產(chǎn)品中的排線和或產(chǎn)品內(nèi)部互連與各個(gè)電路板之間的連接器應(yīng)避免有共模電流流過。
對(duì)于浮地設(shè)備,共模電流的路徑通常由產(chǎn)品對(duì)地,及各個(gè)部分電路部分之間的寄生電容決定,所以很難做到共模電流不流過排線和或產(chǎn)品內(nèi)部互連與各個(gè)電路板之間的連接器。因此對(duì)于浮地設(shè)備,如果設(shè)備中若存在排線等扁平電纜或類似互連電纜和連接器,并且排線扁平電纜或類似互連電纜和連接器中有以上定義的共模電流流過時(shí)，那么:
-    對(duì)于連接器來說,必須把連接器中的地與連接器的金屬外殼在互連線的兩端直接相連或通過電容相連；
-    對(duì)于排線扁平電纜或類似互連電纜來說必需有地平面存在；
-    或者所有連接器和排線中的信號(hào)需要做濾波處理；
如果以上措施均不能執(zhí)行,那么必須重新設(shè)計(jì)互連線和連接器在產(chǎn)品中的位置, 使共模電流不流過互連線和連接器,如取消互連線,將所有電路集中到一個(gè)電路板中。否則就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
3.7 屏蔽
屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。也就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。
以下情況下需要對(duì)PCB及內(nèi)部互連電纜進(jìn)行屏蔽或局部屏蔽處理:
-產(chǎn)品中存在流過共模電流的電纜距離PCB板或內(nèi)部互連電纜10cm以內(nèi);
-內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的頻率在20MHz以上,并且PCB和內(nèi)部互連電纜的zui大尺寸超過電路工作頻率波長(zhǎng)的1/100;
-內(nèi)部時(shí)鐘等工作電路的周期信號(hào)頻率的倍頻真好落在輻射發(fā)射測(cè)試要求的極地限值線的頻段內(nèi),（如船運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)中的156MHz~165MHz之間3m處的輻射限值為僅為24dBuV/m）;
-存在精度小于10mV的模擬電路（可以局部屏蔽） 。
如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
3.8 電纜類型及屏蔽電纜屏蔽層的連接方式
產(chǎn)品中所有外部輸入輸出非屏蔽電纜中的信號(hào)都要進(jìn)行濾波處理。屏蔽電纜的屏蔽層必須在連接器入口處與接地的金屬板或金屬連接器外殼相連，并做360度搭接或與浮地系統(tǒng)中GND相連。EMC專家應(yīng)該對(duì)實(shí)際電纜屏蔽層的連接方式進(jìn)行描述，并給出改進(jìn)方案。對(duì)于電纜屏蔽的連接方式，如果從風(fēng)險(xiǎn)的概念來評(píng)估，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，30MHz 以上的頻率下，蔽層電纜具有零長(zhǎng)度的“Pigtail”，則沒有風(fēng)險(xiǎn)；1cm長(zhǎng)度的“Pigtail”存在30％風(fēng)險(xiǎn)；3cm長(zhǎng)度的“Pigtail”存在50％風(fēng)險(xiǎn)；5cm長(zhǎng)度的“Pigtail”存在70％風(fēng)險(xiǎn)。
如果不能做到這一點(diǎn) 就必須給出足夠的理由，并記下這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。
就目前應(yīng)用的高鐵 動(dòng)車，請(qǐng)問其中應(yīng)用的電子產(chǎn)品，能通過這些風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估嗎？

4 原理圖設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)
產(chǎn)品電路原理圖的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)核心，對(duì)原理圖設(shè)計(jì)的EMC風(fēng)險(xiǎn)分析目的是為了指出現(xiàn)有原理圖存在EMC問題，通過修改zui大限度的降低EMC風(fēng)險(xiǎn)，降低設(shè)計(jì)成本。電路原理圖的分析是建立對(duì)原理圖中的電路進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)上,通過分析將電路原理圖分成:
•    “臟”的部分,；
•    “干凈”的部分；
•    濾波去耦的部分；
•    需要做特殊處理的部分

圖 電路原理圖的EMC分析原理
圖所示的電路原理圖的EMC分析原理，其中“臟”或噪聲區(qū)域的部分通常是電路中的I/O部分或產(chǎn)品的殼體。在這些I/O端口或殼體上需要進(jìn)行EMC測(cè)試,EMC干擾需要從這些I/O口注入,這些電路是產(chǎn)品中受干擾zui嚴(yán)重,zui直接的部分。如產(chǎn)品的ESD放電點(diǎn)、電源端口的電路,通信端口的電路, 其它輸入輸出口的電路, 通常,這些電路不能直接延伸到內(nèi)部干凈的電路區(qū)域，其間需要包含至少具有一個(gè)以上器件（如電容）組成的濾波器或?yàn)V波電路與其配合使用,濾波電路包括共模濾波和差模濾波。對(duì)于接地產(chǎn)品，共模濾波是必須的。在有些不能使用共模濾波的情況下（如產(chǎn)品浮地），就要保證PCB設(shè)計(jì)時(shí)，在共模電流干擾路徑上的地平面完整，以降低共模電流流過時(shí)產(chǎn)生的壓降，不然就需要在地阻抗較高區(qū)域的信號(hào)線上加電容進(jìn)行濾波。
“干凈”區(qū)域的電路部分,是不受外接直接干擾的或與內(nèi)部噪聲源干擾的部分電路, 在電路中其通常位于濾波電路之后, 也是電路中需要保護(hù)的部分. 如A/D.D/A轉(zhuǎn)換電路, 檢測(cè)電路,CPU核心電路等,。
濾波、去耦及隔離區(qū)域的電路: 是介于干凈電路部分與臟電路部分之間的,完成對(duì)“干凈”電路和“臟”的電路的隔離, 以保護(hù)保護(hù)”干凈”的電路,將干擾濾除,或?qū)a(chǎn)品內(nèi)部特殊噪聲電路、或敏感電路隔離在其它電路之外。濾波電路通常至少有一個(gè)或多個(gè)電容組成。通常還會(huì)包括電感、磁珠、電阻等器件。
內(nèi)部噪聲電路、敏感電路的區(qū)域中是一些需要做特殊處理的部分，它是電路中比較特殊的部分,通常特殊電路包括兩方面電路,*是及其敏感的電路,如復(fù)位電路,低電壓、低電流檢測(cè)電路、 低電壓模擬電路、高輸入阻抗電路等,這些電路不像其它普通數(shù)字電路一樣具有相對(duì)較高抗*力, 對(duì)于這些敏感電路,除了進(jìn)行像普通電路一樣濾波去耦處理之外,還有必要進(jìn)行一些其它的額外處理,如二級(jí)濾波, 屏蔽, 對(duì)其信號(hào)線進(jìn)行包地 等處理。第二種是內(nèi)部電路的噪聲源, 對(duì)這部分電路的處理主要是為了降低噪聲源的電平,并將其隔離于“天線”之外。 如電路中的晶振和時(shí)鐘電路,常用的措施有屏蔽, 去耦, 對(duì)其信號(hào)線進(jìn)行包地 等。
在PCB布線布局的時(shí)候,各個(gè)電路部分之間的串?dāng)_也是著重需要考慮的。請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)，你做到了嗎？。

5、PCB設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
PCB風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的是為了檢查PCB設(shè)計(jì)者是否將EMC專家給出的PCB布局布線建議落實(shí)?？v然將全部PCB布局布線的建議會(huì)有很大的困難，但是通過審查，EMC專家與CAD的專家一起能找到一種比較折中的方法，這種折中的方法，不但能使EMC風(fēng)險(xiǎn)降低，而且還能順利實(shí)現(xiàn)PCB布局布線。在PCB審查結(jié)果中，EMC專家需要把一些未落實(shí)的或?qū)嶋H實(shí)現(xiàn)與建議不一致的現(xiàn)象一一列出，這將有助于產(chǎn)品在EMC測(cè)試時(shí)，定位分析。一一列出的內(nèi)容,其主要包括如下兩個(gè)方面：
- 共模電流流過路徑上的阻抗，如地平面是否完整性，是否沒有任何過孔、裂縫和開槽。
-“臟”信號(hào)印制線及一些需要進(jìn)行特殊處理的信號(hào)印制線與其它信號(hào)線之間的串?dāng)_問題。
請(qǐng)問高鐵 和動(dòng)車設(shè)備的設(shè)計(jì)者，以上設(shè)計(jì)問題你做到了嗎？考慮到了嗎？。

我們希望相關(guān)高鐵和動(dòng)車電子部分的設(shè)計(jì)工程師參考和自檢，已zui終提高高鐵和動(dòng)車的安全性和穩(wěn)定性，保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。