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电磁干扰(EMI)设计要点及问题诊断

发布时间:2022/4/15 11:10:52 来源:易磁通科技 点击次数:358

电磁兼容系统集成及代理商

电磁干扰概念预防在中国已经逐渐受到重视,由于欧美国家电磁干扰要求加上数字产品广泛使用,对电磁干扰要求迫在眉睫

EMI设计要点:

首先我们必须大脑明确一个概念——在高频中,自由空间阻抗377欧姆,对于一般EMI中的空间辐射信号通过空间辐射因为信号电路已经达到空间阻抗相比程度,理解这一点,我们需要做的是降低信号电路阻抗

控制信号电路阻抗主要方法缩短信号长度减少电路面积然后采用合理端接控制电路反射事实上控制信号电路一个简单方法处理关键信号特别双面板因为双面微带模型阻抗150欧姆,与自由空间相当,可以提供几十欧姆阻抗),请注意因为电缆本身高频阻抗所以使用平面电缆多次通过孔到地平面我的许多设计都是使用,以避免时钟信号的辐射超过标准

此外为了避免信号穿过分割区域许多工程师信号分割地面上,但有时他们忘记了在这些区域布线导致信号电路绕过区域实际上增加布线长度

对于EMI传导部分重点充分利用旁路电容器和去耦电容器。旁路电容器(提供交流短路线必须布置晶片电源管脚接地线平面)上。去耦电容器应放置电流需求变化较大地方,以避免电线阻抗电感)而从电源接地线耦合干扰当然磁珠合理串联可以吸收转换热能)。电感器有时也可以用来过滤干扰,但请注意电感本身也有频率响应范围包装决定了其频率响应以上是一些基本经验对于EMI设计,你需要真正了解自己设计需要关注哪里,问题会是什么现象什么是替代方案需要提前整理

干扰正确的诊断:

事实上,如果我们把EMI视为一种疾病当然,通常的预防维护非常重要的。一旦有了正确诊断我们就可以快速康复。没有正确诊断我们找不到疾病来源

我们往往事半功倍拖延时间因此,在EMI问题上,我们经常看到EMI有问题产品因为我们找不到EMI问题的关键我们花了很多时间很多对策,但我们无法解决包括专业EMI工程师在过去,当谈到EMI时,我们经常强调对策方法甚至视为许多对策秘密决策独特技巧然而没有正确诊断产品添加大量EMI抑制组件,其结果往往只会使EMI情况更糟当我第一次接触产品EMI对策修改时,我会听到高级EMI工程师说,如果我删除了所有EMI对策我就可以通过测试起初,我以为这是笑话

现在回想起来这是一次非常宝贵经历然后听到许多EMI工程师谈论类似经历本文举例,让读者更好地了解EMI对策理念

一般来说关于如何解决EMI问题,大多数都sebycase。当然,在对策方面每个产品特点电路板布线不一样所以不可能几套方法解决所有EMI问题。但是长期以来我们一直处理EMI问题,做出适当对策此外我们提供专业EMI工程师参考方法在这里我们整理一些电磁干扰对策经验希望读者有所帮助

EMI初步诊断步骤:

我们在EMI诊断提出一套参考步骤希望系统方式快速发现EMI的问题。我们还没有准备好讨论一些理论计算公式演绎,这将在实践中解释

一个产品不能通过EMI测试时,首先有一个想法找出不能通过的问题点。此时,我们不能有主观想法我们应该那些地方采取对策经常许多经验丰富EMI工程师

由于修改许多相关产品,他们非常了解产品可能导致EMI问题的地方并且习惯于直接处方当然它们通常可能非常有效,但偶尔很难修改后来,发现问题的关键是最初认为不可能地方这种疏忽原因是它太主观了。因此,无论我们是否熟悉产品特性,我们都应该逐一确认甚至多次确认是因为EMI问题往往复杂的,而不是单一的。因此反复确认EMI问题的诊断非常重要

详细列出初步诊断步骤,并解释它们关键点这些步骤似乎非常普通简单介绍对策方法不同各种理论技巧层出不穷变化神秘事实上许多资深EMI工程师处理对策大部分时间都在重复这些步骤判断作者应该再次强调解决EMI问题的I问题的关键才是解决EMI问题的好方法。如果仅仅依靠理论猜测经验判断有时花费更多时间精力


电磁兼容(EMC)整改步骤1:

桌子转移待测(EUT)大发射位置初步诊断可能原因关闭EUT电源确认

由于EMI测试,EUT必须转动360度,天线从1m变化到4m,以记录辐射同样当我们发现我们无法通过测试时,我们首先天线位置转移噪声接收高度然后桌子转移一个不同角度此时,我们知道EUT对天线辐射很强,所以我们可以初步推测可能原因,如屏蔽不良靠近辐射源电线电缆等。

此外需要注意的是关闭EUT电源看看噪音是否存在,以确定噪音确实是由EUT产生的。我曾经看到,Monitor的测试一直无法解决某种干扰因此,它的噪音是由PC而不Monitor引起的。还有一些问题是,在OPENSITE测试中,Monitor发现某些无法通过测试接收仪器声音应由Monitor产生因此关闭电源发现噪音仍然存在因此关闭EUT电源步骤必要的,通常很容易忽略


电磁兼容(EMC)整改步骤2:

逐一拆除连接EUT的周围电缆查看干扰噪声是否减少消失如果干扰频率减少甚至消失,则电缆成为天线辐射机板内的噪声事实上,我们可以用一个非常简单模式表达仔细分析导致EMI关键

任何EMI的Source都必须天线才能产生辐射如果只有单独噪声源没有天线辐射量很小如果连接天线由于天线效应能量辐射空间因此除了处理噪声的(Source)外,EMI对策重要检查破坏辐射条件天线

在过去我们经常看到谈论EMI对策离不开屏蔽滤波接地对于接地一块电路板通常是固定的,不能处理了,因为这部分必须电路板布线仔细考虑如果电路板已经完成此时可变的空间非常小。一般来说我们只能找到噪音低的接地并用较厚接地线连接,以减少共模(Commonmode)的噪音

屏蔽涉及材料成本也很高。过滤器方法经常可见的Bead电感,这通常不是有效很多时候我们没有解决辐射天线效应一般来说噪声能量不会添加一些对策组件消失,即能量不会减少我们要做的是如何避免噪声辐射空间辐射测试)或电源传导测试)。


在此我们整理了产生辐射常见的几种情形供读者参考:

(1)连接到机器外部的电缆成为辐射天线

由于机器外部连接的电缆成为天线效应,噪声辐射到空间。此时,噪声的大小与电缆的长度有关。由于电缆的天线效应大于噪声半波长时的共振,EMI往往无法通过测试。在解决这个问题之前,我们必须做出一些判断,否则很容易忽视和浪费时间。

(a)噪声由机器内部电路板或接地产生

这种情况是取下电缆或添加一个可能性来降低或消失噪音。此时,必须做的一步是将电线靠近机器(无需直接连接),看看噪声是否存在。如果噪声没有上升,则可以确定它是由机器内部产生的。如果电缆靠近,干扰噪声立即上升,请参考(b)的说明。

(b)噪声是将机器内部耦合到电缆上,使电缆成为辐射天线

许多测试工程师很容易忽略这一点。正如(a)所述,只要电缆靠近,就可以看到频谱上的噪声立即上升,这意味着噪声不仅仅是在线辐射,而是机器本身的噪声能量相当大,一旦天线靠近,就会立即与天线相连,辐射出来。在实际测试中,我们发现许多通信产品都有这种情况,如果只是使用core或bead来处理,这并不能真正解决这个问题。

(2)机器内部的引线,连接线成为辐射天线

由于许多产品中经常有一些电线相互连接到工作室,当这些电线靠近噪声源时,它们很容易成为天线,并辐射噪声。根据这一点,我们可以在200MHz以下的噪声中添加一个可以判断噪声是否减少,对于200MHz以上的高频噪声,我们可以前后移动线的位置,看看噪声是否会增加或减少。

(3)电路板上的布线成为辐射天线。

由于走线太长或靠近噪声源而本身被藕合成为发射天线,此种情形当外部电缆都取下,而仅剩电路板时,在频谱仪上可看见噪声依然存在,此时可用探棒测量电路板噪声强的地方,找到辐射的问题加以解决。关于探测的工具及方法,在之后详细说明。

(4)电路板上的部件成为辐射源。

由于使用的IC或CPU本身在运行过程中产生很大的辐射,EMI测试无法通过。这种情况经过(1)、(2)、(3)的分析后,噪音依然存在。通常的解决办法是更换类似的组件,看EMI的特性是否会更好。此外,当电路板重新布线时,将其放置在影响较小的位置,即附近没有I/OPort和连接线。当然,如果情况允许,用金属外壳覆盖整个组件也是一种快速有效的方法。

通过以上分析和介绍,我们可以理解电磁干扰辐射的关键是电线的问题。当天线条件适当时,很容易产生干扰。此外,电源线往往是天线效应的主要原因,在许EMI对策中容易被忽视。


电磁兼容(EMC)整改步骤3:

如果电源线不能移动,可以夹住Core或水平垂直摆动,看噪音是否降低或变化。如果产品有电池设备,可以取下电源线进行判断,如NotebookPC。

如上述电源线往往成为辐射天线,特别是Desktopc产品,通常超过300MHz的噪声会从空间连接到电源线,因此有必要判断产品的电源线是否被感染。由于噪声频带的影响,200MHz以下可以通过加Core(一次多加几个)来判断。对于200MHz以上的噪声,由于Core此时效果不大,可以水平垂直放置电源线,看干扰噪声是否不同。如果水平和垂直有明显差异,可以在摆动电源线的同时查看频谱仪(Spectrum)上的噪声大小是否发生变化,从而知道电源线是否受到干扰。

至于如何解决电源线产生的辐射,一般不容易处理,通常先找到降低机器噪声的方法,以避免电源线的二次辐射,使用Shielded线一般对辐射影响不大,所以更换不同长度的电源线,有时效果很好。

由此我们可以知道,除了远离I/OPort外,还应尽量远离电源线和Switchingpowersupply板,以免与电源线连接,使辐射和传导无法通过测试。


电磁兼容(EMC)整改步骤4:

检查电缆接头端的接地螺钉是否拧紧,外端接地是否良好。在根据前三种方法大致发现问题后,我们必须再做一些检查,因为通过这些检查,我们可以通过EMI测试,而无需任何修改。例如,检查电缆端的螺钉是否锁紧,有时拧紧松动的螺钉,以增强电缆的屏蔽效果。此外,还可以检查机器外部的Connector接地是否良好。如果外壳是金属的,可以考虑刮掉Conector上的油漆,使其接地效果更好。此外,如果使用Shielded电缆,必须检查接头端外覆的金属纲是否与其铁盖紧密。许多糟糕的屏蔽线(RS232)主要是由于线路接头的外覆屏蔽金属纲和接头的接地密封,无法充分达到屏蔽效果。

各种接头,如Keyboard和Powersupply,往往会影响干扰噪声的辐射,因为接头的插头与机器上的插座密封性不好。检查方法可以拔出接头,看噪音是否降低。减少意味着两种书可以,一种是在线辐射干扰,另一种是接头之间接触不良。此时插入接头,用手微摇动接头端左右,看噪音是否会降低或消失。如果减少,可以用铜箔胶带将Keyboard或Powersupply的连接器粘贴一圈,以增加其与机器接头的密封性。这也是实际测量中容易被忽视的原因。





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