访全美电磁兼容第一密苏里科技大学EMC实验室主任范峻教授

2017-11-14 00:00 1648 0 原作者: 猫叔 来自: 电磁方圆公众号
简介
“猫眼”的命名,来源于管中窥豹这个成语。此外,普通工程师和科学家的区别,或许是隔着一道门——我们大多数时候都困在某个屋子里,明知外面有绚丽的风景,却苦于寻找不到大门。那么,希望通过这个小小的栏目,让猫 ...

本文转载自  电磁方圆EMVango) 公众号,转载时征求了原作者同意,再此对作者辛苦付出表示感谢。


范峻,美国密苏里科技大学EMC实验室主任,教授,IEEEFellow,国际顶级电磁兼容专家。1994年和1997年分别获得清华大学电子工程专业学士和硕士学位,2000年获美国密苏里罗拉大学电子工程专业博士学位。2000~2007年,任职于圣地亚哥NCR公司。2007年加入密苏里科技大学(原密苏里罗拉大学)任教至今。他同时还担任美国国家科学基金会电磁兼容产学研究中心主任以及密苏里科技大学材料研究中心高级研究员。范峻教授的研究方向包括信号完整性、高速数字电路EMI设计、DC电源系统建模、产品内部EMI及射频自干扰、PCB噪声抑制、差分信号传输及线缆接头设计等。他曾担任IEEEEMCSocietyTC-9分会主席,和IEEEEMCSociety技术咨询委员会主席。2009年,范峻教授获IEEEEMCSociety技术成就奖。多次获得CertificateofAppreciationSymposium最佳论文奖。

                  

                        2016年7月,获IEEEEMC学会Fellow奖


      201610月,范峻教授当选IEEEEMC学会董事会理事(IEEEEMCSocietyBoardDirector



猫叔:首先祝贺您当选IEEEEMCSocietyBoardDirector。能不能简要介绍一下您当选后的工作重点,以及IEEEEMC学会近期将会有哪些重要活动?


范峻教授:非常感谢大家对我的支持!


我参选IEEEEMC学会董事会有两个目的。首先,我个人在职业发展中得到过IEEE电磁兼容学会很大的帮助,所以希望自己能够力所能及地回报,尽量把学会发展得更好,让更多的人受益。其次,电磁兼容这个领域发展迅速,日新月异,我自己在美国高校里工作,能够第一时间接触到行业最新的发展趋势,我想利用这个优势来推动IEEE电磁兼容学会加速发展,提高电磁兼容技术的影响力。当选后,我会在董事会里促进学会的开放性,加大对新技术新应用的重视。


电磁兼容是一门跨学科的科学,小到芯片和电子电路,大到电子设备和复杂的大型系统,都离不开电磁兼容。EMC技术对计算机、通信、IT网络、物联网、新型汽车、航空航天、国防等国家支柱型产业的发展起着决定性的作用。同时,随着电子技术日新月异,电磁兼容技术也在不断进步。我认为IEEE电磁兼容学会只有积极去迎接变化,兼容并蓄,才能更好地为会员服务,为会员带来更大的价值,与此同时自身才能与时俱进,保持长期稳定的发展。在接下来的几年里,我的关注重点将放在信号和电源完整性(SI&PI)、射频干扰(RFI)和新一代汽车技术等领域,将继续推动在IEEE电磁兼容年会里举办信号/电源完整性国际会议,尽快创刊IEEETransactionsonSignalandPowerIntegrity,并推动IEEE电磁兼容协会在中国的发展。


2018年,IEEE电磁兼容协会的年会将首次与亚太电磁兼容国际会议在新加坡合办,我将担任此次会议技术程序委员会主席,欢迎大家踊跃投稿参与。希望再下一次的合办国际会议能够在中国举行。



          


                             2008年,和冯正和教授在密苏里科技大学



猫叔:很好奇您是怎样进入电磁兼容研究领域的——在您硕士和博士学习期间,有没有什么特别的原因促使您选择电磁兼容作为今后的研究方向?


范峻教授:我的本科和硕士都是在清华大学获得的,微波与电磁场专业,导师是冯正和教授。最终博士阶段选择攻读电磁兼容,其实也是挺偶然的。我自己喜欢电磁技术,但是早期国内电磁兼容这门学科还没有起步,虽然大概知道是干什么的,但是并不清楚具体的内容。在得知有机会可以研究电磁兼容,一下子就勾起了我的好奇心。再加上我的博士导师,JamesDrewniak教授,非常善于沟通,在他的劝说下就开始了我电磁兼容的职业生涯。回想起来,非常感谢冯教授和Drewniak教授,没有他们的教诲,就没有我今天取得的一点成绩。



             


                             2010年,和Drewniak教授在慕田峪长城



猫叔:密苏里科技大学拥有全美排名第一的电磁兼容专业,您作为EMC实验室主任,能不能介绍一下实验室的师资和教学情况?目前实验室科研的方向有哪些?学生的来源以及毕业后的就业情况如何?


范峻教授:密苏里科技大学电磁兼容实验室从90年代初起开拓性地建立了电磁兼容设计的理论基础和工程指南,20多年来一直坚持与产业界紧密合作,硕果累累,不仅给美国高科技企业培养了急需的电磁兼容人才,更是在第一手的产学研合作中积累了宝贵的工程经验,是国际电磁兼容领域的学术带头人和技术领导者。实验室的长期合作伙伴包括英特尔、IBM、苹果、福特、思科、三星电子、索尼、博世汽车、谷歌、波音、高通、LG电子、松下等世界知名企业。国内的华为也在2000年起成为了实验室的合作伙伴。


实验室于2009年成为美国国家科学基金会电磁兼容企业/高校联合科研中心,是美国国内所有这类产学研合作研究中心里唯一一个在电磁相关领域的研究中心,并且在美国国家科学基金会旗下所有75个各学科领域的研究中心中排名第四。密苏里科技大学电磁兼容实验室现在有六名全职终身教授,其中三人是国际电气和电子工程师协会会士(IEEEFellow),八名研究教授,三名讲座教授,以及40多名硕士和博士研究生,具有雄厚的科研实力。在过去的二十多年,有超过180位研究生从实验室毕业,其中绝大多数在美国高科技大企业中工作,早期实验室的毕业生已经开始担任重要的领导职位。这些积累的校友人才给研究中心提供了宝贵的资源,除了他们直接的捐款和项目帮助,他们在业界给研究中心提供了工业界技术发展的趋势,实际工程设计中的挑战和具体问题,更是在整个产业界建立和加大了研究中心的影响力。


目前实验室的科研方向涉及了电磁辐射和抗干扰、静电放电、信号完整性、电源完整性、射频干扰和射频失敏、芯片与新型封装技术、高速互联技术、近场扫描、电磁材料和无线测量等电磁兼容相关的领域。实验室的研究生来源于世界各国,以中国、印度和东欧学生为主——这也是美国研究生院的普遍情况。实验室对研究生的培养不仅仅侧重于专业学习,更是对动手能力、领导能力、沟通能力和项目管理能力等的全面培养。所以我们的学生毕业时往往供不应求。实验室成立二十多年以来,所有的毕业生都找到了理想的工作。以硅谷地区为例,近年实验室的硕士和博士毕业生的年工资水平都在10万美金和13万美金左右,还不包括奖金等其它收益。工作前景非常吸引人。



        


               密苏里科技大学电磁兼容实验室一隅,范峻教授身后是教师和学生的照片墙



猫叔:HenryW.Otta在2014年IEEEEMCsymposium做的主题演讲里曾提到,美国开设电磁兼容课程教学的大学比例并不高。作为多年在一线从事电磁兼容教学工作的教授,能不能介绍一下您了解到的具体情况?这个行业会面临人才断档的危机吗?


范峻教授:美国开设电磁兼容课程教学的大学确实不多,甚至近年来美国各大学对本科电磁学教学的要求在我个人看来实际上也有一定的降低。这是由于过去二三十年计算机技术和数字电路的发展,电磁学失去了在年轻人中的吸引力,而电磁学本身在电子和计算机类技术中又是比较难的一门学科。但我并不担心这个行业会面临人才断档的危机。大学教育和专业选择对大部分人而言事实上也是受市场支配的。一旦工业界有需求,待遇提高,专业会自然而然就变得热门。电磁兼容不像传统的微波雷达等领域就业面比较窄,而是跟今天的高速电路、无线通信、芯片设计等都息息相关,我相信今后对电磁兼容人才,尤其是设计人才的需求还有一个大的发展。而且电磁兼容往往涉及到系统层面,涉及到多学科,会提供超过专业工程师层次的职业发展(比如说系统架构师,总设计师等),一定会吸引到更多的年轻人。最近几年我们实验室的发展证明了这点,尽管我们扩大了研究生的人数,但是毕业生还是供不应求。



猫叔:您在竞选BoardDirector的陈述里提到——应该了解老一辈和新一代EMC从业者之间的差异,为所有人特别是年轻一代提供机会,让他们参与到EMCsociety中来,承担更重要的角色。能不能详细解读一下您这里所说的两代人之间的“差异”?


范峻教授:电磁兼容是一门发展的科学,今天电磁兼容应用的领域、采用的方法和工具、在不同设计阶段的引入、解决问题的复杂度,可能都与30年前有很大的区别。我希望老一辈EMC从业者能够有开放的心态,接受电磁兼容技术快速发展带来的“新鲜”事物,大家协同一心,把IEEE电磁兼容学会办成能支撑电磁兼容技术大发展的坚强平台。就像任何组织一样,既要有老一辈的宝贵经验,又要有新鲜血液的闯劲和干劲。而且随着时代和科技的发展,每一代人对专业协会的诉求,对相互交流合作该采用的方式,对论文和会议的形式,可能都有着不同理解。由于历史的原因,IEEE电磁兼容学会里老一辈占据着主导地位,这无可厚非。但是我们需要年轻一代来积极参与,在变化中求发展。


         

                       2016年亚太电磁兼容会议,plenarytalk



猫叔:目前FinFET工艺的芯片已经跨入10nm制程,芯片的集成度越来越高,带来的EMI风险也越来越高,如何在IC设计中实现电磁兼容性是一个世界性的难题,能不能分享一下您在这方面的研究成果?


范峻教授:集成电路是我们国家重点发展的战略性产业,而电磁兼容也会起到关键的推动作用。集成电路是电子系统中产生噪声的主要原因,随着工作频率或时钟速率越来越高,这个问题变得尤其严重。同时集成电路也是系统抗干扰的最薄弱环节之一,系统干扰的结果往往反映为集成电路烧毁或不正常工作。


电磁兼容的应用主要在集成电路的布局布线、电源传输网络、封装结构、BGA管脚分配、系统集成芯片中各基片间的干扰、寄生参数提取、基片噪声抑制等。没有好的电磁兼容设计,集成电路往往不能满足设计要求,表现在芯片不能在高速高频下工作,或在电路板和设备系统中成为EMC问题的主要来源。在国家重点发展集成电路产业的大背景下,电磁兼容在这个领域的应用前景广阔,大有可为。



猫叔:
智能硬件、AR&VR、IOT、第五代移动通信(5G)这些新的产品和技术正不断冲击着我们对未来的认识,我们正处在一个大变革即将来临的时代。您怎么看待电磁兼容技术在这场变革中所扮演的角色?在接下来的几年里,电磁兼容的研究热点和发展方向又将是什么?


范峻教授:当今,电磁兼容已渗透到每一个电气电子系统及设备中,几乎所有的现代工业都必须解决电磁兼容问题。市场的热点已涉及许多新型支柱型产业,如第五代移动通信、智能终端、AR&VR、物联网、大数据等。电磁兼容技术对以上产业可产生很强的带动作用,帮助产业升级换代,提升产品竞争力。


举例来说,新一代电动汽车的发展,包括自动驾驶、无线充电等新功能,对电磁兼容设计提出了更大的挑战。车载电子设备不再是仅仅起到辅助作用,而是整个汽车系统的核心和关键设备。其中一个重要的EMC问题是多天线之间的抗干扰共存——由于自动驾驶、车联网等技术都需要增加车载天线,这些天线之间的互相干扰会严重影响汽车系统的安全性和可靠性。举个简单的例子,以前的导航系统,如果突然受到干扰,短时间内不能正常工作,虽然不方便,但是不会造成严重后果。如果自动驾驶系统受到干扰,就不会这么简单,而是很有可能会发生车祸,造成重大损失。所以电磁兼容是新一代汽车成败的决定性因素。


另一个例子涉及到互联网+、物联网、车联网、大数据等,这些应用的快速发展,要求信息随时随地都能快速方便地交换和传输。这就对服务器和网络硬件提出了更高的要求,这些电子设备需要工作在更高的时钟速率和更高的频率。以太网就是个很好的例子,网速在过去的15年左右从100Mb/s不断提高,到1Gb/s、10Gb/s、40Gb/s。现在100Gb/s在高速主干网中已经比较普遍,而工业界正在研究400Gb/s速率的以太网传输。在高速高频的情况下,信号传输会受到很多因素的影响,包括损耗、阻抗失配、色散、模式转换、串扰、噪声耦合等。系统各部分的指标合理分配、IC和电路板的布线、接头和电缆线的高频设计、串扰和噪声抑制、电源和接地的设置、机箱和散热结构的处理、屏蔽、滤波与电磁场吸收等等都是电磁兼容设计的范畴。这类高速设计需要在系统架构和布局就开始,需要跟电路设计紧密结合,大量应用大规模计算机辅助设计。随着我们国家的电子产业向高端不断升级,这些电磁兼容的设计方法、工具、规范和经验都是现在高端电子产业最急需的。


                 

                        2016年亚太电磁兼容会议,plenarytalk

        在范峻教授看来,技术的大变革既为电磁兼容提出了巨大挑战,也提供了更宽广的舞台



猫叔:5G提出了“万物互联“的概念,下一代移动通信的应用场景将非常复杂,在同一个环境中有更多的无线设备同时工作,电磁兼容问题也会变得更加复杂和严峻。您能不能帮助我们设想一下,电磁兼容工程师会面临哪些具体的挑战?我们需要做好哪些准备,去迎接5G的到来?


范峻教授:我觉得除了今天我们在无线通信系统中常见的电磁兼容和射频干扰问题,多个无线电系统的共存以及测试(包括无线电性能测试)将成为很大的挑战。复杂天线阵和波束成形技术的引入导致实际应用场景千变万化,如何在实验室标准环境下进行标准测量是首先要解决的问题。


另外,天线系统和智能终端的电磁兼容设计要求会更严苛,比如说对无源互调的抑制,不仅要考虑对接收机自身的影响,还要考虑对其它接收机的干扰。智能终端的电路设计,随着数据速率的大幅增加,也有可能将引入毫米波或光通信技术,这将给电磁兼容工程师带来更多新的挑战。



猫叔:Tesla电动车的autopilot里采用了工作频率77GHz的主动雷达技术,第五代移动通信技术高频段的工作频率也在数十GHz,在这些高频率上开展电磁兼容测量和研究,势必需要对电磁兼容测试场地、设备和测试方法做出巨大调整。您能不能介绍一下国际上在毫米波频段(数十GHz)电磁兼容测试上的一些最新研究成果和动态?


范峻教授:传统毫米波天线的测量本身没有技术问题,但是应用在车载和5G的情况下,由于复杂天线阵和多天线的引入,测试方法和设备需要新的理念,尤其在这些技术大面积铺开以后,如何使用便宜的设备来快速测量,如何通过有限的测量来评估各种不同使用情况下的性能,如何在复杂天线系统测量中同时测量OTA,如何在平时系统使用过程或常规维护服务中进行天线性能的快速检查等,是现在科研单位和产业界研究的热点


              

                        2013年,在韩国三星电子进行技术交流



猫叔:相对于新技术和新产品的爆炸式涌现,我们有一种感觉——电磁兼容标准似乎发展得过于缓慢。例如,电子产品内部的RFI干扰测量,以及像手机显示屏、摄像头这样的模组EMC测量仍然没有相应的国际标准。IEEEEMCSociety是否有推动EMC标准化进程的规划?如果有,能不能介绍一下具体内容?


范峻教授:我非常同意。国际标准,包括测量和设计标准,是规范和评估电磁兼容设计的重要一环。但是电磁兼容本身应用的环境千变万化,所涉及的电路和系统多种多样,标准的发展远远跟不上技术和产品爆炸式的发展。相对来讲,系统级别的标准比较容易制定,产品内部标准的制定则比较有挑战性,需要精通各具体系统的专家来积极参与。


IEEE电磁兼容学会设有标准委员会,现有超过20个电磁兼容标准正在制定或修改中。IEEE电磁兼容学会会员可以积极参与到这些标准相关的工作中去,也可以向委员会提出成立工作组来制定新的电磁兼容标准。


有关这些制定修改中的标准详情可参阅网址:

http://www.emcs.org/standards/sdecom/Standards_Matrix.html,或猛戳屏幕最下方阅读原文进入。


猫叔:非常感谢范峻教授百忙中做客我们的访谈!



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