EMC設(shè)計(jì)RE輻射超標(biāo)整改策略和定位流程

EMC整改是指產(chǎn)品在功能調(diào)試或者EMC測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題后所采取的彌補(bǔ)手法。而EMC設(shè)計(jì)，則是運(yùn)用EMC的手法抑制潛在的問(wèn)題，使問(wèn)題不出現(xiàn)，使問(wèn)題扼殺于搖籃中。

一：?jiǎn)栴}定位

在EMC測(cè)試項(xiàng)目中，RE輻射比較容易超標(biāo)，而解決問(wèn)題的首要是需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)定位，沒(méi)有定位過(guò)程的整改，就像無(wú)頭蒼蠅一樣到處亂撞。問(wèn)題定位有兩種手段，一是考工程師的直覺(jué)判斷，需要完全依靠工程師積累的EMC經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷；二是比較測(cè)試，依靠?jī)x器和EMC經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合對(duì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的定位判斷。

在上圖中，是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的RE超標(biāo)的問(wèn)題定位詳細(xì)流程，RE輻射超標(biāo)，一般從兩個(gè)方面考慮，一是機(jī)器設(shè)備所連接的各種電源電源線纜和信號(hào)線纜，通過(guò)拔插檢測(cè)定位，然后根據(jù)現(xiàn)象采取不同的整改措施。共模電感，磁環(huán)，濾波電路和機(jī)箱屏蔽等，是選擇的備用方案。

在對(duì)電源線纜的RE輻射超標(biāo)定位中，可先嘗試在電源線上套鐵氧體磁環(huán)，檢查濾波器的安裝或者濾波電路的走線，若有效果，則可以進(jìn)一步重新安裝濾波器或者設(shè)計(jì)濾波電路地線和輸入輸出的走線；若沒(méi)有效果，則更換濾波器或者濾波器件濾波電路的參數(shù)，進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證；若是100M以上比合格則可以設(shè)置定制寬帶濾波器，若是30M-100MHz，則可以選擇高頻性能較好的濾波器。

若是信號(hào)線纜，采取的步驟如下，可以逐根線纜連接，若連接上某一條信號(hào)線纜，RE輻射無(wú)增強(qiáng)，則不是該條信號(hào)線的線纜引起超標(biāo)；若輻射增強(qiáng)，則說(shuō)明會(huì)是該條信號(hào)線纜引起超標(biāo)，下一步的處理可以選擇是，套上磁環(huán)，若無(wú)明顯的改善，有兩種處理，一是若可以進(jìn)行濾波，100MHz以上的超標(biāo)使用饋通型，100MHz使用PCB安裝型，如果不可以濾波，則使用或改善屏蔽線纜；若上一步的套上磁環(huán)有比較大的改善，但是仍不合格時(shí)，100MHz以上則直接扣上一個(gè)磁環(huán)，若是100MHz以下，繞1~3圈，若仍不合格，則采用濾波或屏蔽線纜。

RE輻射超標(biāo)同樣與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理有較大的關(guān)系，屏蔽體泄露會(huì)對(duì)RE輻射超標(biāo)有很大的影響。若在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，縫隙，會(huì)在一定的頻率上形成天線效應(yīng)，對(duì)外進(jìn)行輻射能量。若存在縫隙，則需檢查襯墊，若有襯墊，則檢查襯墊安裝是否到位是否合理，并檢查襯墊的質(zhì)量是否合格，完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；若無(wú)襯墊，則需要設(shè)法密封縫隙，仍有泄漏時(shí)則需進(jìn)一步考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)哪里設(shè)計(jì)仍不合理，若無(wú)泄漏則完成。若存在孔洞，存在的磁場(chǎng)輻射源是否在孔洞附近，若存在，一是重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使兩者遠(yuǎn)離，二是縮小孔洞的尺寸或者用截止波導(dǎo)；若是電場(chǎng)，則縮小孔洞或者使用截止波導(dǎo)材料。

二：整改方法

1、常見(jiàn)測(cè)試頻譜的整改方法

1）首先排除外界因素，將被測(cè)設(shè)備關(guān)電，確認(rèn)背景噪聲是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)要求點(diǎn)播暗室的背景噪聲在限值線以下6db）

2）寬帶噪聲抑制方法：

譜線問(wèn)題描述：在30~300MHz頻段內(nèi)出現(xiàn)寬帶噪聲超標(biāo)

問(wèn)題定位：一般是由電源或地噪聲輻射引起

問(wèn)題整改：通過(guò)在電源線纜上增加去耦磁環(huán)進(jìn)行驗(yàn)證，如果有改善則說(shuō)明和電源線有關(guān)系，采用以下整改方法：

->如果設(shè)備有一體化濾波器，檢查濾波器的接地是否良好，接地線是否盡可能短；金屬外殼的濾波器的接地最好直接通過(guò)其外殼和地之間的大面積搭接。

->檢查濾波器或?yàn)V波電路的輸入輸出是否隔離，是否互相靠近，若存在問(wèn)題，需要優(yōu)化走線；

->適當(dāng)調(diào)整濾波器件參數(shù)：適當(dāng)調(diào)整X/Y電容的容值、差模電感及共模扼流圈的感量，但是需要注意的是調(diào)整Y電容時(shí)要注意安全問(wèn)題；改變參數(shù)可能會(huì)改善某一頻段的輻射，但是卻會(huì)導(dǎo)致另外頻度變差，所以需要不斷的測(cè)試，才能找到最好的組合。

->適當(dāng)加大觸發(fā)極上的電阻值：如果設(shè)備使用開(kāi)關(guān)電源，適當(dāng)增大觸發(fā)極的電阻值是一個(gè)好方法，同時(shí)在集電極或者電感的續(xù)流二極管后端，連接電容到地，也可以有效減小共模開(kāi)關(guān)噪聲；

->減少開(kāi)關(guān)電源內(nèi)的回路面積，可以大大減小差模輻射；

->在PCB走線的電源處理上，在電源上，增加電容為電源去耦；且在多層板中，電源平面中地層要靠近電源層，兩者互相緊鄰；

->電源連接器插針定義是否符合要求，檢查

->在非屏蔽設(shè)備內(nèi)電源線的處理：在電源線上套上磁環(huán)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，以后可以通過(guò)在單板上增加共模電感來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者在電纜上注塑磁環(huán)；

->在屏蔽設(shè)備的電源先處理方面，電源線的出現(xiàn)長(zhǎng)度有要求；

->結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)備的孔縫泄露：在屏蔽設(shè)備內(nèi)部，孔縫附近是否有干擾源；結(jié)構(gòu)搭接處是否噴有絕緣漆，采用紗布將絕緣漆擦掉，對(duì)比較試驗(yàn)；

->系統(tǒng)接地線同樣可能引起寬帶噪聲，檢查接地螺釘是否噴有絕緣漆；

3）獨(dú)立窄帶尖峰噪聲抑制方法：

譜線問(wèn)題描述：全頻段內(nèi)出現(xiàn)間隔均勻的窄帶尖蜂群噪聲或單立尖蜂噪聲

問(wèn)題定位：如果是均勻的窄帶尖蜂群噪聲，計(jì)算其間隔頻率差是多少，這個(gè)頻率差可能就是其輻射源的基頻：如果是單立的尖蜂噪聲，則看看這個(gè)尖蜂噪聲和單板上的時(shí)鐘頻率是否有倍頻關(guān)系。

問(wèn)題整改：有針對(duì)性的處理確定的目標(biāo)時(shí)鐘源。

->時(shí)鐘源外殼是否接地：在PCB板上，晶體外殼應(yīng)該接地處理；晶振的接地腳應(yīng)該接地；

->時(shí)鐘輸出匹配設(shè)計(jì)

時(shí)鐘的輸出根據(jù)信號(hào)質(zhì)量的要求使用始端匹配，適當(dāng)變緩時(shí)鐘沿，減小發(fā)射。

需要注意的是，使用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器時(shí)，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘輸出同樣需要匹配。

->時(shí)鐘源的電源濾波設(shè)計(jì)：采用磁珠＋大電容＋高頻電容的濾波方式給時(shí)鐘源進(jìn)行濾波

->在布局布線時(shí)，要注意時(shí)鐘源是否遠(yuǎn)離任何連接器或者接插件，如果存在，會(huì)有比較大的風(fēng)險(xiǎn)，需要重新設(shè)計(jì)使其遠(yuǎn)離；

對(duì)于結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)備，單板上時(shí)鐘走線應(yīng)遠(yuǎn)離單板上的外出接口和結(jié)構(gòu)孔縫，否則會(huì)有比較大的可能使形成天線效應(yīng)，輻射超標(biāo)。

->在單層或者多層板上的時(shí)鐘線，建議盡可能在時(shí)鐘線的兩側(cè)包地線，條件不允許，也應(yīng)該使時(shí)鐘線和地線緊鄰走線，即時(shí)鐘線的一側(cè)起碼有地線，以減小時(shí)鐘線的回流面積，減小差模輻射。

->多層板的時(shí)鐘線走內(nèi)層

->檢查是否存在信號(hào)線跨其回流平面分割帶，若存在會(huì)造成信號(hào)的回流面積變大

->時(shí)鐘源是否盡可能靠近其負(fù)載，其目的是使時(shí)鐘走線盡可能短

->檢查在Layout時(shí)鐘走線是否存在粗細(xì)跳變的情況，若有，粗細(xì)不一的時(shí)鐘走線導(dǎo)致時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)阻抗失配問(wèn)題，使時(shí)鐘波形產(chǎn)生畸變，引起強(qiáng)烈的EMI問(wèn)題

->時(shí)鐘線的換層處理時(shí)，要求時(shí)鐘線的換層孔附近必須有地層過(guò)孔存在，原因是時(shí)鐘線在換層后其回流平面也換層了，在時(shí)鐘換層過(guò)孔附近設(shè)置地過(guò)孔可以有效的減小其回流面積。

->檢查時(shí)鐘源或者時(shí)鐘走線是否靠近屏蔽結(jié)構(gòu)孔縫，在測(cè)試時(shí)可以使用屏蔽材料如導(dǎo)電布的方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比

對(duì)于結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)備，孔縫處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致很大的輻射泄漏，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)徹底破壞結(jié)構(gòu)的屏蔽效能。定位結(jié)構(gòu)上哪處泄漏的方法有：

->?使用頻譜儀和近場(chǎng)探頭沿結(jié)構(gòu)孔縫處進(jìn)行掃描，確定泄漏點(diǎn)：

->?在暗室內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)和改變天線極化方式，尋找輻射最大時(shí)的轉(zhuǎn)臺(tái)角度以及天線的極化狀態(tài)? ?，并保持住，再進(jìn)行處理。

->?找到影響最大的泄漏縫??（孔）?后，采用簧片或?qū)щ姴嫉绕帘尾牧线M(jìn)行處理，或者檢查此處結(jié)構(gòu)搭接是否有噴漆等不良因素。

->在接口輻射的問(wèn)題中，接口電路的設(shè)計(jì)極為重要，可以通過(guò)拔插線纜或者在線纜上套磁環(huán)比較測(cè)試結(jié)果來(lái)確定是否有接口輻射引起超標(biāo)；對(duì)于沒(méi)有隔離器件的接口，如串口等，其外出信號(hào)線處設(shè)置接地橋，以保證其信號(hào)回流。

->接口輻射，可以對(duì)屏蔽線纜進(jìn)行處理，有幾個(gè)細(xì)節(jié)需要注意：1）線纜屏蔽層和電纜的Lead是否是360度搭接，還是豬尾巴搭接，檢查；2）線纜屏蔽層的類(lèi)型（編織網(wǎng)屏蔽比錫箔屏蔽效果好）

->時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)插針定義是否合理，無(wú)論是設(shè)備外出時(shí)鐘信號(hào)還是設(shè)備內(nèi)部的板間時(shí)鐘信號(hào)，其連接器插針定義一定要為GND-CLK-GND的模式；能用同軸線走時(shí)鐘最好，且要保證同軸頭外殼的良好接地。

4）高密集型尖峰群噪聲的抑制

譜線問(wèn)題描述：在某些頻段內(nèi)出現(xiàn)無(wú)任何規(guī)律可尋的高密集型尖蜂群噪聲

問(wèn)題定位：對(duì)于這些噪聲，單板上沒(méi)有任何時(shí)鐘頻率和其有關(guān)系，并且非常密集，一般來(lái)說(shuō)屬于總線噪聲

問(wèn)題整改：有針對(duì)性的處理總線源。

+>檢查總線是否有匹配：總線輸出建議采用始端輸出匹配電阻進(jìn)行匹配，可以有效減小總線輻射，注意匹配電阻靠近驅(qū)動(dòng)源放置

+>檢查總線驅(qū)動(dòng)和接收芯片的電源處理：電源必須要有濾波處理，這些芯片有CPU，F(xiàn)lash，SDRAM等

+>內(nèi)存條插座電源針必須有濾波電路：因?yàn)椴遽槙?huì)導(dǎo)致阻抗失配，引起電源母線上的高頻阻抗存在，所以內(nèi)存條插座的電源管腳附近需要有電容濾波

上圖中，構(gòu)成一T型濾波電路，可以有效抑制內(nèi)存條的高頻噪聲，并且可以滿足內(nèi)存條的快速電流供電。

+>檢查總線過(guò)孔處的地過(guò)孔設(shè)置是否合理，在信號(hào)過(guò)孔附近增加地過(guò)孔，回流面積變小，輻射得到抑制。

+>與時(shí)鐘信號(hào)類(lèi)似，其他信號(hào)的換層處理時(shí)，同樣需要在走線換層孔附近設(shè)置地過(guò)孔，這樣可以有效減小信號(hào)回流面積，所以輻射能大大減小。

+>在其他處理，如在單板上，總線簇兩側(cè)應(yīng)加包地線；雙層板上總線簇兩側(cè)加包地線或者另外一層（?非總線所在層）?的總線投影區(qū)域內(nèi)鋪接地銅皮；多層板上，總線簇應(yīng)靠近完整地平面走線，最好走內(nèi)層。

+>檢查所有信號(hào)線走線是否存在寬度變化：與上述有討論過(guò)的時(shí)鐘信號(hào)一直，粗細(xì)跳變的線會(huì)引起阻抗失調(diào)，造成強(qiáng)烈的EMI輻射問(wèn)題；

上述討論的，只是一些比較典型的RE輻射超標(biāo)整改方法及定位流程，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較有效，但是要從根本上解決問(wèn)題，防患于未然，在設(shè)計(jì)階段就需要充分考慮到EMC設(shè)計(jì)。