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)試過程中出現(xiàn)問題后所采取的彌補(bǔ)手法。而EMC設(shè)計(jì)，則是運(yùn)用EMC的手法抑制潛在的問題，使問題不出現(xiàn)，使問題扼殺于搖籃中。

一：?jiǎn)栴}定位

在EMC測(cè)試項(xiàng)目中，RE輻射比較容易超標(biāo)，而解決問題的首要是需要對(duì)問題進(jìn)行精準(zhǔn)定位，沒有定位過程的整改，就像無頭蒼蠅一樣到處亂撞。問題定位有兩種手段，一是考工程師的直覺判斷，需要完全依靠工程師積累的EMC經(jīng)驗(yàn)來判斷；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：

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

問題定位：一般是由電源或地噪聲輻射引起

問題整改：通過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關(guān)噪聲；

->減少開關(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，以后可以通過在單板上增加共模電感來實(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)阻抗失配問題，使時(shí)鐘波形產(chǎn)生畸變，引起強(qiáng)烈的EMI問題

->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)鐘換層過孔附近設(shè)置地過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。

->在接口輻射的問題中，接口電路的設(shè)計(jì)極為重要，可以通過拔插線纜或者在線纜上套磁環(huán)比較測(cè)試結(jié)果來確定是否有接口輻射引起超標(biāo)；對(duì)于沒有隔離器件的接口，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

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

問題定位：對(duì)于這些噪聲，單板上沒有任何時(shí)鐘頻率和其有關(guān)系，并且非常密集，一般來說屬于總線噪聲

問題整改：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。

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

+>與時(shí)鐘信號(hào)類似，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)來說比較有效，但是要從根本上解決問題，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)。