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前华为互连部威廉希尔官方网站老屌丝回忆之（六）----PCB板EMC自动检查

2014-10-20 13:43:50 7203

0 pcb板EMC自动检查工具(EMC_CONTROL)开发阿毛 20141017 本文讲述华为CAD部门在EMC研发方面的历程。CAD部门由于工作性质的原因其关注板级的EMC问题更多，系统级EMC方面则由另一个部门（EMC实验室）负责，EMC实验室拥有很完善的EMC硬件测试设备及平台，在EMC研究方面硬件条件比CAD部门好，因此如何在夹缝中发展CAD的EMC业务很值得管理者的思考！ EMC(电磁兼容性):是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。由于系统级的EMC（电磁兼容性）仿真涉及的因素太多、算法太复杂，目前市面上还没有成熟的商用软件能够对一个稍复杂的系统进行准确的EMC仿真。大多数情况下的EMC处理方式是：EMC工程师们根据工程经验或DESIGN RULE对产品进行检查、整改或预防。虽然现在很多EDA软件声明可以仿真EMC，但这些软件只能仿真一些比较简单的EMC例子，对于稍复杂的EMC問题处理起来还是力不从心。处理出现EMC问题的产品对工程师的经验依赖程度比较高，真正能通过软件仿真找到问题的却很少。很多情况下EMC工程师都会根据EMC检查列表（EMC Checklist）进行审查，这种表一般是集中了各种建议及经验汇编成的“大而全“列表，很多的检查项都只是针对特定的产品及条件才有效的，因此用它检查其它特定条件的产品并不合适。在产品投产前，工程师会根据EMC Checklist对应的每个检查项进行检查，以确定产品的设计是否符合要求，当检查的条目多了就容易出现漏检的情况。EMC检查有较强的专业性，经验不一样的工程师对同一个产品使用同一个EMC Checklist表时检查的结果可能不一样，因为一些检查点的可把握性与工程师的经验有关，可能会出现一个人认为这个地方要修改，另一个人认为不必要修改的情况。能不能在使用这些EMC Checklist对同一产品进行检查时做到普通工程师与专家级工程师检查出的结果基本一致呢？上面的想法是可以实现的，其思路是：把EMC Checklist检查项写在软件上，通过简单的设置与干预后，软件就自动根据规则进行检查并最后输出检查报告。这个方法在互连部门成功开发及小范围使用过，它是基于cadence自带的一个功能模块------EMC CONTROL，现叫EMI Rule Checker，如下图1所示。但CADENCE提供的原始检查规则误报较多或缺少一些公司特定需求的检查规则，必须要经过二次开发才行，而一般公司是没有SKILL二次开发能力的，这就增加了难度。图1 EMI Rule Checker EMC实验室的主要职能是解决及预防华为产品的EMC问题，她更偏向整机方面的EMC。由于他们的工程经验方面很丰富，所干工作经常被戏说成：“产品出现EMC问题后，先在这个孔上或那个缝隙上贴个铜箔然后测试一下EMC是否通过了，如没通过再去贴另外一个孔或缝隙看行不行，还不行就加点或改点电容值再试试……”。EMC部门拥有EMC暗室，这对他们整改及测试有EMC问题的产品很有帮助，外部门要使用这些设备必须要申请，这就无形中提高了他们这方面的工作门槛。不管怎么说，华为EMC部门在处理产品EMC问题方面是很具实力及经验相当丰富的。早期由于产品较多及人力有限，他们更多的精力是放在解决产品EMC问题上，在PCB板级EMC的研究方面投入较少，加上其它因素如：部门间的分工；PCB设计文件的保密性；他们对PCB板级设计方面不如互连精通；互连在PCB EMC研究方面的投入也比较早等。这些给了互连部门早期发展板级EMC研究提供了很大的机遇。互连部门高速发展时期（详情请参考《前华为互连部威廉希尔官方网站老屌丝回忆之（二）----PCB规则驱动设计）在板级EMC领域专门投入人力进行了研究，这是因为互连部门在PCB板领域及相关软件研究及使用上更熟悉，从事板级EMC的研究有天然的优势。、汤昌茂算是华为互连部门中第一代研究板级EMC的人员，那时CAD部门人力有限投入到这方面工作的人员比较少，在他主导下汇编了互连第一部PCB EMC设计指导文档，里面包含了许多EMC板级的设计经验（EMC Checklist）。如:：20H规则；时钟网络线的表层走线规则；一些基本的EMC防护原理；跨分割平面检查及处理……。通过这个EMC Checklist指导了互连PCB设计时应注意的问题，后来团队增加了晋赵国及新员工张坤，互连的EMC研发团队实力得到了加强。2003年汤昌茂离开了华为公司，互连EMC小组由新员工张坤负责，在当时的领导胡庆虎与姜向忠支持下EMC这块人力得到进一步投入并成立为PI组，这时组内的人员有：张坤，张胜利，晋赵国，全青山，贾俊，王渝，吴炎京及我，这使互连在PI及EMC_CONTROL仿真方面有很大的突破，并且PI威廉希尔官方网站走到了业界的前列。（详情请参考《前华为互连部威廉希尔官方网站老屌丝回忆之（3）----电源完整性(PI)仿真》）。茂茂离开互连时给互连EMC小组留下了不少硬件设备（他前期所作的贡献不容抹杀）： 1）被人忽悠买的一台串行EMC扫描仪，这破玩儿象针式打印机一样使用很不方便，对于动态EMC问题根本就没效果。 2）共模扼流圈。这个大家伙我最有印象了，有两个拳头这么大沉甸甸的，贾俊用它来砸过几次核桃来给大家补脑。 3）频谱仪 4）其它如探头及转接头…… 华为早期产品防雷方面比较弱，只要天上一打雷许多设备就会损坏，那时茂茂、EMC实验室及硬件人员就PGND，BGND，GND在板上如何接的問题还吵得不可开交…… 许多文章把SI/PI/EMC分成：SI属于2维，PI属于2.5维，EMC属于3维。可见产品的EMC问题处理起来是很复杂的。当时互连EMC专家对PCB单板检查时，会根据内部的EMC Checklist逐条查。如：是否跨分割或电容位置是否对，电容FANOUT是否符合规范，时钟线是否跨分割，重要信号回流构成的LOOP有多大等等，这种人工检查方式费时又费力且易遗漏。每次改完板后还要重新再检查一遍，第二遍以后的检查可能检查不会这么全面，导致前面检查过的地方有PCB布线变动时没检到…… 基于上面提到的这种情况，为了实现板级EMC设计规范可自动检测功能，Cadence由陈兰兵主导开发了一个EMC检查模块，这个模块主界面如前面图1所示。基本思路是：把通用的EMC Design Rule设置在软件中，由软件自动检测PCB EMC方面的问题，并输出最后的检测结果。这个模块刚推出时先给华为试用了，Cadence最初提供的SKILL源代码都没有加密，这也是我们二次开发的重要参考。互连PI组在EMC CONTROL方面结合自身的EMC Checklist检查条款进行了二次开发，并开发出适合华为内部需求的SKILL。如：加入了电容FANOUT WIDTH及FANOUT LENGTH，VIA大小……等检查项目。我后来还写程序对allegro网表中的时钟及敏感网络进行快速自动分类与提取并开发了SKILL模块自动安装等程序。 EMI Rule Checker没有被用户大规模应用的原因，我个人认为除Cadence内部策略原因外还有两点：1）就差最后一步应用没有做到更“白痴化”。2）误报较多且提供的只是普通的EMC Checklist，用户必须要进行二次开发才能得到自已想要的检查规则。我加入PI组后，在研发及创建PI仿真流程的同时，我也从张坤手上接过EMC_CONTROL这块，我的工作是基于张坤前期写的SKILL程序，做了一些优化等相关工作，如： 1）修改原SKILL，减少软件运行时的误报； 2）增加EMC Checklist上的部分功能。如增加查找ALLEGRO中符合某线宽的trace；时钟线跨分割平面的检查时参考面的选取；电容FANOUT线宽及长度的检查……。 3）把EMC CONTRIL SKILL安装过程简化。为它写了个自动安装包使EMC CONTROL安装起来更简单。 4）EMC CONTROL运行前的敏感网络自动分类及一些设置工作的简化。我在SKILL语言方面不够深入，只能作小修改来减少误报，需要增加的一些功能时我会找贾可帮忙写，我的编程能力还是在PERL上。先写个程序把网表中有关键信号字符的网表抽取出来。如：一个网络包含有“CLK/CK/CLOCK……”字符时，CADENCE软件也可以自动检查出来是与时钟相关的信号，但是这个网络串一个电阻或经过一分多的时钟芯片驱动后，出来的网络可能不含 “CLK/CK/CLOCK……”字符了，而成了$12342等形式的随机网络，这时很容易做成漏检，我写的程序是可以根据连接特性把它全检查出来的。经过处理基本使EMC CONTROL使用起来很”白痴化 ”了，并成功把它小范围试用起来，应EMC实验室要求给他们装了一套临时版的进行了评估。由于EMC_CONTROL是我们PI组自己主导的， SKILL组没给我们投入人力，我最后的SKILL程序与SKILL组写的不兼容，因他们写的SKILL加密了且必须要配置LICENSE，而我的只是加密了SKILL源码没有设置LICENSE。板级EMC这块业务当初打算由PI组承担而不在整个部门内推广，我们最后的版本没有给EMC实验室使用，EMC实验室后来从IBM买了一套商业化软件EMSAT，这个软件与我们的开发的EMC_CONTROL思路差不多，但它是商业软件，在界面的地方做得比我们的好。部门如果当初让我们一直维护EMC CONTROL，相信到现在这套EMC CONTRIL会是很Niubility的系统了，毕竟他是按公司需求开发的工具。PI组解散后，部门EMC这方面的人力投入减小了，不知华为现在还有没有人会用EMC Control？当年互连领导们对EMC这块业务还是很有远见的，除了人力及设备投入外，还与国外的同行进行交流。如2005年4月邀请国外xx大学的Franz教授过来给我们部门进行EMC的培训及商讨其它合作。安排我负责接待及安排教授的行程，对自己的英语口语信心不大，我还把张胜利带过去”壮胆”，给教授安排了景田酒店，教授是德国人在以色列教学，交谈中发现他讲的英语德国口音很重，我的Chinglish讲起来也就很有信心了。这次讲课效果还不错，我后来把讲课的课件归档到部门的数据库中了。本人就是愿意共享，部门的数据库中应有不少是我归档的文档。教授临走前我与张胜利还请他在梅林吃了顿小肥羊，那时小肥羊还没上市，汤料很足吃得很开心，但我真不知道吃完小肥羊后他身上那套笔挺西装上的羊肉味是怎样除掉的！互连部自己搞EMC这块业务，看起来与EMC实验室的业务有重叠，但细心观察不难发现：EMC实验室更关注系统级，互连基于自身威廉希尔官方网站的特点及与周边业务的相关性，有机会进行在PCB、PACKAGE、IC方面的EMC研究。最有效的方式是充分利用好EMC_CONTROL或相似的检查软件，把PCB---IC PACKAGE的EMC检查规则设计放在软件中实现自动检查，这样至少可以预防产品早期绝大部分的潜在的EMC問题。IC封装近几年在国内发展势头相当不错，把精力放在芯片及封装级EMC的研究更容易出成绩，当然互连从事EMC研究这方面的人员还需要把DIE---PACKAGE这两方面的知识补上。EMC实验室如招1-2个熟悉PACKAGE/PCB设计且有一定EMC基础的员工，也完全有机会把板级、封装及IC这块的EMC这块业务纳入它的业务范畴，不知现在两部门的业务怎样划分了。如把板级、封装级及IC级EMC设计纳入互连的核心威廉希尔官方网站来发展与PI及SI一起发力，这对于提高互连在公司中的地位会相当有帮助。 0
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