文/冰雷 PSM
前三期我們分別從工控機機箱的分類、工控機架構、工控機的散熱設計等講述了工控機的設計理念。這期我們會來講述工控機的EMC設計的思想。
當我們使用電子設備的時候，就會形成電磁幹擾。EMC（Electromagnetic compatibility電磁兼容性）現(xian)象(xiang)在(zai)我(wo)們(men)生(sheng)活(huo)中(zhong)隨(sui)處(chu)可(ke)見(jian)。例(li)如(ru)我(wo)們(men)在(zai)看(kan)電(dian)視(shi)的(de)時(shi)候(hou)，如(ru)果(guo)手(shou)機(ji)放(fang)在(zai)電(dian)視(shi)機(ji)旁(pang)邊(bian)，在(zai)來(lai)電(dian)時(shi)手(shou)機(ji)信(xin)號(hao)會(hui)幹(gan)擾(rao)電(dian)視(shi)信(xin)號(hao)形(xing)成(cheng)雪(xue)花(hua)片(pian)。而(er)隨(sui)著(zhe)日(ri)常(chang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)，電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)EMC設計正變得日益重要起來。
世界大多數發達國家都製定了EMC標準，銷往該國家或地區的電子產品必須要符合相應的EMC標準，並通過其認證才可以。其中比較知名的認證有美國的FCC認證、日本的VCCI認證、歐盟的CE認證，以及我們中國大陸的3C認證等。
工(gong)控(kong)機(ji)作(zuo)為(wei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)，自(zi)然(ran)也(ye)要(yao)通(tong)過(guo)苛(ke)刻(ke)的(de)認(ren)證(zheng)。研(yan)華(hua)的(de)產(chan)品(pin)行(xing)銷(xiao)全(quan)球(qiu)，也(ye)通(tong)過(guo)了(le)上(shang)述(shu)各(ge)國(guo)的(de)認(ren)證(zheng)標(biao)準(zhun)，具(ju)體(ti)的(de)通(tong)過(guo)認(ren)證(zheng)標(biao)準(zhun)可(ke)以(yi)在(zai)我(wo)們(men)的(de)產(chan)品(pin)型(xing)錄(lu)上(shang)找(zhao)到(dao)。
 下麵我們來解釋一個優秀的工控機如何進行EMC設計的。
無論工控機還是商用機，EMC設計中的最首先考慮的是板卡本身的EMI（電磁幹擾）設計，研華具有十幾年的板卡設計經驗，所有工控板都采用6層板設計，並在PCB走線時嚴格遵循了時鍾線等長的概念, 采用減少電磁輻射(EMI)阻抗設計與串音控製 , 走線拓撲的決定都充分尊守了Intel 的規範標準。因此在板卡設計方麵就大幅減少了電磁輻射，但由於處理器的頻率的提升，單純依靠板卡本身在EMI方麵的設計無法充分滿足EMC認證的要求。因此工控機機箱的EMC設計變得更為重要了。這篇文章也以機箱的EMC設計為主。
在解釋工控機機箱的EMC設計之前，我們先來看看商用PC機機箱的EMC設計，商用PC機由於應用在家庭環境中，與人體接觸的時間更長，因此對EMC設計的要求也十分嚴格。
雖大多數著名PC品牌由於行銷全球，也通過了各國的電磁兼容認證。但由於用途的不同，商用PC通過的EMC認證和工控機的EMC認證側重點是不同的。商用PC的EMC認證更偏向PC機本身對人體的輻射量的考慮，所以在用料和機箱設計上都基於這個方麵考慮的。而工控機的應用環境較為複雜，EMC認證涉及的範圍也更為廣泛，除了考慮工控機的電磁輻射幹擾外，防止外界的各種因素對工控機內部設備造成的幹擾也是一個EMC設計要點。
簡而言之，商用PC的EMC設計是對內的，而工控機的EMC設計則是雙向的。
下麵我們通過和商用PC的對比，來闡述對內和雙向的區別：
1、散熱口的EMC設計
首(shou)先(xian)我(wo)們(men)明(ming)確(que)一(yi)個(ge)概(gai)念(nian)，無(wu)論(lun)對(dui)內(nei)還(hai)是(shi)對(dui)外(wai)，對(dui)付(fu)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)用(yong)一(yi)個(ge)全(quan)密(mi)封(feng)的(de)金(jin)屬(shu)盒(he)子(zi)把(ba)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)體(ti)遮(zhe)蔽(bi)起(qi)來(lai)，而(er)且(qie)屏(ping)蔽(bi)用(yong)的(de)金(jin)屬(shu)層(ceng)越(yue)厚(hou)越(yue)好(hao)。這(zhe)樣(yang)無(wu)論(lun)對(dui)內(nei)還(hai)是(shi)對(dui)外(wai)，電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)的(de)效(xiao)果(guo)都(dou)最(zui)好(hao)。但(dan)是(shi)由(you)於(yu)散(san)熱(re)、外接擴展設備的因素。無論商用PC還hai是shi工gong控kong機ji，都dou無wu法fa做zuo到dao嚴yan格ge密mi封feng的de狀zhuang態tai。機ji箱xiang關guan於yu防fang止zhi電dian磁ci泄xie漏lou設she計ji很hen重zhong要yao的de一yi點dian就jiu是shi關guan於yu散san熱re和he電dian磁ci泄xie漏lou之zhi間jian的de良liang好hao平ping衡heng性xing設she計ji，既ji要yao充chong分fen散san熱re，也ye需xu要yao兼jian顧gu到dao電dian磁ci兼jian容rong方fang麵mian的de設she計ji，我wo們men通tong常chang在zai商shang用yongPC上所見到的，是上麵這樣的散熱孔徑，圓形而多孔。
商用PC的散熱孔設計 但dan實shi際ji上shang防fang止zhi電dian磁ci泄xie漏lou的de設she計ji標biao準zhun對dui散san熱re孔kong徑jing的de大da小xiao，以yi及ji形xing狀zhuang是shi有you諸zhu多duo限xian製zhi的de，研yan究jiu實shi驗yan表biao明ming，方fang形xing孔kong徑jing要yao比bi圓yuan形xing孔kong徑jing具ju有you更geng出chu色se的de防fang止zhi電dian磁ci泄xie漏lou效xiao果guo。商shang用yongPC為何多采用圓形孔徑，恐怕隻有商用PC廠商明白吧。
下麵我們再來看看工控機的散熱孔的設計。還是以經典機型IPC－610H為例：
2、機箱接縫處的EMC設計
根據理論，當機箱上兩個接觸點之間的距離大於0.25xλ（波長符號）時，兩點之間就會很容易泄漏出有害的電磁輻射。因此在機箱接縫處的設計，也是考察EMC設計功底的一個重要指標。
現在商用PC機的機箱鋼板厚度僅為0.6mm，鋼板的強度有限，難以保證機箱本身受力後不產生形變，並且由於現在商用PC基本多是立式機箱，因此側開口的麵板也難以保證接縫處的緊密結合，為了克服這些現象，一些高檔商用PC在機箱的接縫處留有EMI彈片設計。
但工控機的使用環境複雜多變，某些環境是具有較強的振動性的，采用EMI彈片設計容易在振動的環境下失去彈片的彈性。工控機采用的機箱材料為1.2mmdeyouzhigangban，benshenjuyouyouxiudekangxingbiantexing，youyugongkongjijixiangduoweiwoshide，dingbugangbanzishendezhonglianghegangcaitexingyijingnenggoubaozhengjixiangbizhijiandeyanmijiechu。youxiudegongkongjijixiangzaibucaiyongEMI彈片的時候也完全可以通過CE，FCC等EMC認證。如果某些對電磁兼容極為嚴格的環境，例如軍工行業，我們會推薦客戶在機箱接縫處使用更為可靠的金屬導電布。
金屬導電布
在板卡和機箱的接縫處，這個地方也是極其容易引起電磁泄漏的地方，商用PC由於擴展卡較少，很少有品牌在這個地方采用EMI彈(dan)片(pian)設(she)計(ji)。而(er)工(gong)控(kong)機(ji)內(nei)部(bu)會(hui)插(cha)入(ru)多(duo)塊(kuai)板(ban)卡(ka)，板(ban)卡(ka)和(he)機(ji)箱(xiang)的(de)接(jie)觸(chu)嚴(yan)密(mi)與(yu)否(fou)是(shi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)是(shi)否(fou)優(you)秀(xiu)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)，因(yin)此(ci)做(zuo)工(gong)優(you)良(liang)的(de)工(gong)控(kong)機(ji)會(hui)采(cai)用(yong)EMI彈片確保板卡和機箱之間的接縫緊密可靠。
確保機箱和板卡緊密接觸的EMI彈片
3、機箱表麵的特殊設計
商用PCjixiangcailiaoduocaiyongduxingangban，bingkaolvxishoujixiangneifushedeyouxiaoxing，zaijixiangneibumeiyoujinxingpenqichuli，yincijixiangneibideduxingangbanshikeyidaodiande，yegengrongyixishoudiancifushe，zheyeshideshangyongPC機在靜電防護、電磁屏蔽方麵有著先天的優勢。商用PC的這種機箱在普通使用下沒有問題，但是如果用於工控環境則是十分不合適的。
首先、工控機在某些時候要用在有強烈腐蝕性的環境下，例如海上的海鹽、高速公路上排出的汽車尾氣、化(hua)工(gong)廠(chang)的(de)氣(qi)體(ti)都(dou)具(ju)有(you)強(qiang)烈(lie)的(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing)。因(yin)此(ci)機(ji)箱(xiang)內(nei)外(wai)表(biao)麵(mian)都(dou)必(bi)須(xu)要(yao)做(zuo)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)處(chu)理(li)。下(xia)圖(tu)為(wei)研(yan)華(hua)工(gong)控(kong)機(ji)在(zai)機(ji)箱(xiang)外(wai)表(biao)麵(mian)和(he)機(ji)箱(xiang)內(nei)壁(bi)進(jin)行(xing)防(fang)腐(fu)蝕(shi)烤(kao)漆(qi)處(chu)理(li)後(hou)的(de)機(ji)箱(xiang)。
其次、有you時shi計ji算suan機ji會hui在zai振zhen動dong的de環huan境jing下xia工gong作zuo，在zai某mou些xie特te殊shu的de情qing況kuang下xia，振zhen動dong會hui導dao致zhi機ji箱xiang內nei的de某mou些xie電dian器qi元yuan件jian接jie觸chu到dao機ji箱xiang內nei部bu表biao麵mian，由you於yu機ji箱xiang內nei壁bi導dao電dian，所suo以yi很hen容rong易yi造zao成cheng短duan路lu，燒shao毀hui設she備bei。
而工控機在內部的噴漆處理使得機箱內壁不導電，可以杜絕這類現象的發生。但是正所謂成也蕭何、敗也蕭何，正是因為這些不導電的機箱內壁對工控機的EMC設計有著更高的挑戰。工控機由於內壁也進行了烤漆處理，因此機箱表麵不導電，無法象商用PC一樣形成等地體，因此隻得在部分位置處留出沒有噴漆的接觸麵，形成導電體，在整個機箱表麵形成等勢體，處理工藝較為複雜。
還是讓我們來看看工控機箱內部噴漆的設計把，以今年INCG新推出的新ACP－4320為例把黑色機箱看的更清楚。：）
再來看看磁盤托架的接地處理。還是拿這款ACP－4320為例：
說了這麼多，您是不是對商用PC和工控機的EMC設計有一個初步的了解了呢？其實作為普通的用戶，檢測您購買產品EMC設計是否合格的一個重要指標是仔細查看您購買的該款產品是否通過了相關EMC認證，FCC，CCC，CE，UL等，當然認證越多，也證明該款產品的EMC設計越嚴謹。
下期我們將會來講述工控機在抗振、係統維護等方麵的設計，敬請期待。
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