EMI快速診斷與對(duì)策

電磁輻射sao擾的遠(yuǎn)場測量是指在半電波暗室或者EMC開闊場進(jìn)行的測量，測量天線與被測物的距離一般為3米或3米以上，給出的結(jié)果是一張頻譜圖，即各個(gè)頻率點(diǎn)的電磁輻射sao擾強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)GB13837-1997（CISPR13）和GB4343-1995（CISPR14）規(guī)定，應(yīng)分別測試EUT外接連線，如電源線、AV線、耳機(jī)線、話筒線等線纜的sao擾功率。傳導(dǎo)sao擾是測試EUT運(yùn)行過程中端口sao擾電壓，包括電源端口、射頻端口、天線端口、電信端口等。如果被測設(shè)備有一個(gè)或者幾個(gè)頻率點(diǎn)的電磁sao擾超過了標(biāo)準(zhǔn)的限值，被測設(shè)備就不符合EMC標(biāo)準(zhǔn)要求。
       如果設(shè)備沒有通過EMC測試，我們從測量結(jié)果中，只能知道哪些頻率點(diǎn)“超標(biāo)”了，而這些頻率的電磁sao擾是從哪里出來的，往往是工程師門zui不容易發(fā)現(xiàn)、zui難解決的問題。
       EMI快速診斷方法就是針對(duì)EUT的原理，先推斷引起EMI的原因和內(nèi)部sao擾源可能是什么，再根據(jù)EMI產(chǎn)生的途徑和機(jī)理，透過測試圖，分析超差原因；必要時(shí),輔以高頻示波器或頻譜儀，從頻域到時(shí)域，尋找產(chǎn)生EMI問題的對(duì)應(yīng)電路和器件；從而制定EMI對(duì)策。 

      在這里提供一些案例，通過解讀測試圖，把看不見、摸不著的EMI變得直觀易懂，供大家參考。
關(guān)于電磁輻射sao擾場強(qiáng)或功率測試分析案例：
輻射sao擾圖1如右：樣品為CRT顯示器
頻率點(diǎn)35.4 MHz附近, 30~45MHz之間大部分隆起超出限值,通常只有兩個(gè)原因-開關(guān)電源電路或地線處置不良引起。
對(duì)策- 顯示器使用帶磁環(huán)類型的信號(hào)電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈，電源地線剪短就近接地。

頻率點(diǎn)100 MHz、366.24MHz等剛好符合GB9254-1998B級(jí)要求。這是測試超差6dB后，機(jī)箱經(jīng)過金屬膠帶密封處理后獲得的測試結(jié)果。
象這種曲線底部未明顯抬高，30~1000MHz頻段有頻率點(diǎn)超差現(xiàn)象，應(yīng)該選擇屏蔽較好的電纜和機(jī)箱。使用帶濾波器類型或帶磁環(huán)的信號(hào)電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈，會(huì)有益處。

輻射sao擾圖3如右：樣品為微型計(jì)算機(jī)
頻率點(diǎn)35 MHz、70MHz、170.76 MHz等附近超差，既有頻率低端隆起超出限值現(xiàn)象，由地線問題；也有30~1000MHz頻段頻率點(diǎn)超差現(xiàn)象，有屏蔽問題。應(yīng)該綜合處理，選擇屏蔽較好的電纜和機(jī)箱，使用帶濾波器類型或帶磁環(huán)類型的信號(hào)電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈。值得一體的是，對(duì)于如果帶電機(jī)的EUT， 圖3
如果頻譜圖和時(shí)域波形圖都帶有較多毛刺，須懷疑電機(jī)sao擾。

頻率點(diǎn)45 MHz附近、70MHz-100 MHz頻段等超差嚴(yán)重，分別超出限值8dB、12dB；既有頻率低端隆起超出限值現(xiàn)象，也有30~1000MHz頻段頻率點(diǎn)超差現(xiàn)象，經(jīng)檢查，所有措施都已做足夠，不得不懷疑CRT有問題，拆換后測試結(jié)果很好，如圖4。

頻率30~300MHz之間大部分頻段隆起貼近或超出限值,曲線底部明顯抬高，通常只有一個(gè)原因-地線處置不良引起。此外,頻率點(diǎn)135MHz測試超差較大，圖中可見每隔27MHz就有一個(gè)高點(diǎn), 該VCD播放機(jī)解碼芯片正好使用27MHz晶振, 135MHz是27MHz的5倍頻。如果地線改善后,該頻點(diǎn)仍然超差,應(yīng)減小晶振諧波輻射。
實(shí)際情況：AV電纜梅花接口在金屬后殼安裝處，未直接就近與金屬后殼相連接地。

對(duì)策：換用能夠在安裝處直接與金屬后殼接地處理的AV梅花接口；頻率點(diǎn)135MHz平均值仍然超差5.6dB,對(duì)應(yīng)箭頭所指位置使用磁珠,即晶振與解碼芯片相連腳上,加串100MHz/1500Ω磁珠,測試結(jié)果通過。 
30~80MHz之間大部分隆起超出限值, 30~300MHz之間
全是開關(guān)電源典型頻譜圖,表明開關(guān)電源電路或地線處置不良。經(jīng)檢查開關(guān)電源輸入電源線地線只接了兩個(gè)Y電容，并未與開關(guān)電源其它地相連；雖使用了共模線圈，但開關(guān)電源輸入端電路排版不對(duì)稱，L布線較直， N布線彎
曲得厲害，查電源端sao擾電壓測試L端如圖7，N端如圖8。
由圖可見，L端與N端電源端sao擾電壓測試結(jié)果不對(duì)稱。圖6
對(duì)策：開關(guān)電源輸入電源線地線與初級(jí)其它地相連；電源輸入端N端布線串接差模線圈，串接差模線圈前端電源輸入L端與N端之間加接差模電容，差模線圈后L端與N端分別加一個(gè)到地共模電容。處理后測試合格。使用帶磁環(huán)電源電纜測試效果更佳。DVD播放機(jī)在30~300MHz之間有部分頻段隆起貼近限值,應(yīng)有接地處置方式可以改善。：VCD播放機(jī)sao擾功率測試曲線底部無明顯抬高，表明地線處置良明顯的晶振諧波頻譜，從sao擾功率圖中看出較大的超差頻率點(diǎn)為135MHz、108MHz、
50.8MHz、189MHz，以及諧波頻譜間隔，結(jié)合樣機(jī)時(shí)鐘晶振頻率為 16.9344MHz、27MHz，顯然,要想通過測試, 必須減小晶振諧波輻射。
整改時(shí),減小VCD/DVD播放機(jī)晶振諧波輻射的主要措施有: 檢查解碼芯片供電電壓是否合適、有無過
高，過高則調(diào)低；解碼芯片供電連腳上是否有小容量電容就近到地，無則加一個(gè)，另加一個(gè)電抗較小、阻抗較大的磁珠, 磁珠的阻抗在50 MHz以上越大越好；通過高頻示波器觀察晶振波形是否接近正弦波，否則調(diào)整晶振下地電容；晶振與解碼芯片相連腳上,加串電抗較小、阻抗較大的磁珠, 電抗增加不多情況下，磁珠的阻抗在50 MHz以上越大越好；檢查解碼芯片供電回路、解碼芯片晶振時(shí)鐘回路以及高速信號(hào)回路面積是否過大，晶振旁邊布線回路面積是否過大，如果是，則須設(shè)法解決。如果以上措施本來已落實(shí)部分，其余措施難以實(shí)施，這只能在輸出線上串磁珠，套磁環(huán)。這些措施可說都是權(quán)宜之計(jì)，生產(chǎn)工藝上會(huì)有困難，*辦法只有作設(shè)計(jì)改動(dòng)。如果工程師設(shè)計(jì)時(shí)能考慮到以上問題，就不會(huì)有這些麻煩，就可以省時(shí)省力通
過測試。
本案例足以說明，EMC工作的重點(diǎn)、重中之重就是EMC設(shè)計(jì)。EMC設(shè)計(jì)就是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中仔細(xì)預(yù)測各種可能發(fā)生的電磁兼容問題，從設(shè)計(jì)的一開始就采取各種措施，盡量采用電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范，目標(biāo)是使得樣機(jī)完成后滿足電磁兼容性要求。稍后介紹EMC設(shè)計(jì)內(nèi)容。
處理注入電源sao擾電壓測試圖要決：先看L/N兩端是
否對(duì)稱，如對(duì)稱，直接采用共摸電流抑制；如不對(duì)稱， 
先給較大sao擾的一端先串接差模線圈，加接共模電容，
再采用共摸電流抑制；根據(jù)產(chǎn)品電路原理和頻譜圖形，
判明超差原因，是開關(guān)電源引起，還是晶振時(shí)鐘（或
其諧波）耦合引起，抑或是視頻等高頻電路泄漏引起，
接地不良引起？再對(duì)癥下藥。如果由于晶振時(shí)鐘（或
其諧波）和視頻等高頻電路泄漏引起注入電源sao擾電
壓超差，大多數(shù)情況可以推斷其輻射sao擾也會(huì)超差。

注入電源sao擾電壓案例：
注入電源sao擾電壓測試圖12如右上，2.36 MHz附近隆起, L/N兩端非常相似。
對(duì)策：電源輸入端串接共模線圈, L/N兩端加接到地共模電容。
0.15~1MHz開關(guān)電源引起超差。
對(duì)策：加大共模線圈磁環(huán)或加多共模線圈的線圈匝數(shù), 共模線圈兩端都加上落地Y電容即共模電容,Y電容容量適當(dāng)加大。非常明顯，27MHz時(shí)鐘信號(hào)耦合進(jìn)電源網(wǎng)絡(luò)，引起注入電源sao擾電壓超差；可以推斷其諧波輻射sao擾一般也會(huì)超差。
對(duì)策：把電源線及電源電路避開時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生和傳輸電路；使用帶磁環(huán)的電源電纜；zui主要的是采用減小VCD/DVD播放機(jī)晶振諧波輻射一樣的主要措施。

輸入信號(hào)711.25MHz/70dBuv, 電視干線放大器輸出信號(hào)
711.25MHz/100dBuv，端接屏蔽75Ω屏蔽標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載。標(biāo)
準(zhǔn)限值為20dBpw，限值為21.1 dBpw,加上吸收鉗校
準(zhǔn)因子和電纜損耗, 超差達(dá)10 dBpw。高頻信號(hào)放大和傳輸設(shè)備zui基本要求就是殼體和接口屏蔽以及輸入、輸出信號(hào)電纜和電源電纜的屏蔽和濾波措施。檢查EUT發(fā)現(xiàn)，殼體和接口屏蔽較好，電源電纜的濾波器安裝在電路板，不是安裝在輸入孔上，更未使用效果較佳的穿孔濾波器。對(duì)于700 MHz高頻信號(hào)，出入電纜濾波措施不佳，屏蔽效能可損失30dB。
對(duì)策：使用效果較佳的輸入電源濾波器，安裝在輸入口金屬殼上。
關(guān)于FM收音天線端sao擾電壓和輻射sao擾超出限值，只要考慮改善天線端和本振電路間的隔離以及減小本振信號(hào)強(qiáng)度即可；其它天線端和射頻端sao擾電壓是否超出限值,只取決于高頻頭、射頻調(diào)制器的性能，與別的部分無關(guān)。只要選購經(jīng)過CCC或CQC認(rèn)證的產(chǎn)品即可。
非間斷性工作的樣品，處于平穩(wěn)常態(tài)時(shí)，測試中發(fā)現(xiàn)存在間隙性sao擾時(shí)，如果樣品電源斷開間隙性sao擾就消失，則該樣品電路設(shè)計(jì)或連接可能存在故障。先檢查電路可能存在的故障。
前面提到，必要時(shí)可以用頻譜分析儀和近場探頭做近場測量，進(jìn)行EMC溯源診斷：大電流低電壓的源（電流源）主要與磁場關(guān)聯(lián)，而高電壓小電流的源（電壓源）則主要與電場關(guān)聯(lián)。數(shù)字電路使用低電壓的邏輯器件；近場區(qū)域內(nèi)的磁場的波阻抗遠(yuǎn)小于電場的波阻抗。大部分PCB的近場區(qū)域中的能量被包含在近磁場中。比較大的sao擾頻率點(diǎn)利用磁場探頭進(jìn)行診斷，探頭盡量靠近被測區(qū)域，距離小于2.5cm，可以定位sao擾源以及關(guān)鍵的輻射電流環(huán)、判明傳播途徑。
工程師可以用電場或磁場探頭探測被測設(shè)備泄漏區(qū)域：箱體接縫，ＣＲＴ前面、接口線纜、鍵盤線纜、鍵盤、電源線和箱體開口部位等。