電子產(chǎn)品的EMC整改方法實(shí)例

摘 要

EMC的各種指標(biāo)是目前在所有標(biāo)準(zhǔn)要求的項(xiàng)目中，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)最難以達(dá)到的；由于EMC的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少，經(jīng)常在設(shè)計(jì)完成之后才進(jìn)行EMC的測(cè)試，一旦測(cè)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品準(zhǔn)備上市銷(xiāo)售時(shí)EMC的問(wèn)題總是沒(méi)有時(shí)間解決，項(xiàng)目不斷的延遲，需要再花費(fèi)大量的時(shí)間去解決，相信這是每位遇到EMC問(wèn)題的研發(fā)人員的深刻體會(huì)。電子產(chǎn)品的輻射發(fā)射與傳導(dǎo)發(fā)射兩個(gè)項(xiàng)目，是國(guó)家3C認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（GB13837-2012、GB9254-2008）強(qiáng)制檢測(cè)的項(xiàng)目，而電子產(chǎn)品在這兩個(gè)項(xiàng)目上花費(fèi)的整改周期也很長(zhǎng)，為此，本文根據(jù)作者在EMC實(shí)驗(yàn)室工作多年的工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)向設(shè)計(jì)師學(xué)習(xí)和交流，結(jié)合有關(guān)資料，總結(jié)出以下EMC整改方法與整改措施。

【關(guān)鍵詞】EMC 整機(jī)的電磁兼容性 整改案例

1 EMC相關(guān)知識(shí)介紹

1.1 EMC

Electromagnetic compatibility，電磁兼容性（EMC=EMI+EMS），EMI （Electromagnetic Interference）：電磁干擾，主要包括輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射。EMS （Electromagnetic Susceptibility）：電磁抗擾度，主要包括輻射抗擾、傳導(dǎo)抗擾。

1.2 EMC定義及要素

EMC定義：在同一電磁環(huán)境中，設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正常工作，同時(shí)也不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。EMC三要素如圖1，缺少任何一個(gè)都構(gòu)不成EMC問(wèn)題。

2 整機(jī)測(cè)試出現(xiàn)的EMC超標(biāo)，主要是30M-1G的輻射問(wèn)題，主要采取以下方法

2.1 首先整機(jī)用電腦測(cè)試軟件進(jìn)行水平極化方向和垂直極化方向的預(yù)掃，若出現(xiàn)超標(biāo)噪聲點(diǎn)，初步判斷輻射主要是由水平線還是有垂直線產(chǎn)生的

當(dāng)接收天線為水平時(shí)噪聲強(qiáng)度較高，可以推測(cè)此噪聲來(lái)源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的水平線所造成，而當(dāng)接收天線為垂直時(shí)噪聲強(qiáng)度較高，可以推測(cè)此噪聲來(lái)源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的垂直線所造成，

2.2 判斷最大輻射位置

在EMC測(cè)試時(shí)，除了天線要測(cè)試水平與垂直二個(gè)極化方向外，待測(cè)物的桌子要旋轉(zhuǎn)360度，記錄最大的噪聲讀值，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)噪聲無(wú)法符合時(shí)，除了先判斷水平和垂直噪聲的差異外，便是要將待測(cè)物旋轉(zhuǎn)到最大的噪聲位置，由于電子產(chǎn)品其噪聲的輻射往往會(huì)在某一個(gè)角度最大，而此時(shí)待測(cè)物面向天線的位置，往往是造成輻射的來(lái)源，通常要分析這位置附近的組件、導(dǎo)線及屏蔽效果，如此則較容易鎖定范圍，再仔細(xì)分析問(wèn)題

2.3 判斷輻射主要是由共?；虿钅ｒ}擾產(chǎn)生的

對(duì)噪聲頻譜預(yù)掃圖形進(jìn)行分析，若看到整個(gè)頻帶的基線為一寬帶的噪聲，我們可以視為共模騷擾的噪聲，若其上一支支單獨(dú)的噪聲點(diǎn)可以視為差騷擾模噪聲。將噪聲分布情形分成共模騷擾和差騷擾模的作用，主要便是要判斷其分別造成的輻射來(lái)源機(jī)制，如此幫助找到問(wèn)題點(diǎn)及對(duì)策的方法。

造成共模騷擾的原因主要是接地與屏蔽，也就是當(dāng)發(fā)現(xiàn)的噪聲非常高時(shí)，則要先考慮產(chǎn)品內(nèi)的接地與屏蔽的問(wèn)題。而造成差騷擾模的原因則主要是線的問(wèn)題，包括電路板上的布線、產(chǎn)品內(nèi)部的各種導(dǎo)線及外部的連接線，故要從連線和PCB布線來(lái)找出問(wèn)題，能夠從這兩個(gè)方面先把問(wèn)題厘清，對(duì)于深入細(xì)部的修改是很有幫助的。

2.4 用諧波判斷噪聲源

大部份噪聲測(cè)試的頻譜圖，皆可以看到如下之一支支等距的噪聲，這一支支等距的噪聲亦即為噪聲的諧波，通常可由其判斷噪聲的來(lái)源。

計(jì)算每一支等距噪聲差，即為噪聲的源頭頻率，一般為晶振，內(nèi)存時(shí)鐘等，由于在電路板上往往會(huì)使用數(shù)個(gè)不同頻率的晶振、時(shí)鐘，以致有時(shí)無(wú)法判斷是那一個(gè)晶振、時(shí)鐘所造成，利用這個(gè)方法有時(shí)可以很快的確定是那一個(gè)晶振、時(shí)鐘造成，然后再出對(duì)策，如此可省除逐一拆除晶振、時(shí)鐘判斷，或者在電路板上逐一割線判斷的麻煩。

2.5 用頻譜儀對(duì)噪聲點(diǎn)進(jìn)行判斷

除了使用諧波的觀念來(lái)判斷噪聲的來(lái)源外，尚可將噪聲點(diǎn)展開(kāi)來(lái)判斷，也就是將頻譜分析儀的范圍減小，然后研究造成的機(jī)制。

由于造成輻射噪聲的成因很多，而產(chǎn)品也可能有多種功能組件會(huì)引起噪聲干擾，通常頻譜分析儀設(shè)定由30MHz測(cè)到1000MHz，如此可以很快看出有那些噪聲無(wú)法符合要求，但是因?yàn)轭l寬設(shè)定太大，故噪聲幾乎都是一支一支的狀態(tài)顯現(xiàn)，無(wú)法對(duì)寬帶噪聲進(jìn)行分析，如果我們將頻譜的范圍減小到100kHz，此時(shí)便可對(duì)產(chǎn)生噪聲的波形進(jìn)行具體分析，結(jié)合產(chǎn)品電路找到噪聲源。

2.6 以液晶電視為例

在不影響電源開(kāi)機(jī)的情況下可以將導(dǎo)線或連接線逐一取下，看頻譜分析儀的噪聲大小，以此確定輻射源，采取相應(yīng)對(duì)策：

（1）對(duì)上屏線產(chǎn)生的輻射騷擾，改變上屏線走向，將上屏線與液晶屏金屬背板用導(dǎo)電布連接；改變軟件參數(shù)，對(duì)上屏頻率展頻；

（2）對(duì)各種連線產(chǎn)生的輻射騷擾，改變連線的走向，將連線用導(dǎo)電布與液晶屏金屬背板連接；

（3）主板產(chǎn)生的輻射騷擾，用導(dǎo)電泡綿將主板CPU、內(nèi)存與液晶屏金屬背板連接；

（4）接地不良產(chǎn)生的輻射騷擾，擰緊金屬接地螺釘，增加接地點(diǎn)；

（5）在引起輻射超標(biāo)的連接線上加磁環(huán)。

3 整改實(shí)際案例

3.1 針對(duì)產(chǎn)品已經(jīng)研制結(jié)束的整改措施

3.1.1 現(xiàn)象：空調(diào)KFR-72LW-Q1V傳導(dǎo)測(cè)試不合格

對(duì)策：在電源端加磁環(huán)后測(cè)試合格，如圖2。

整改前測(cè)試曲線如圖3。

整改后測(cè)試曲線如圖4。

3.1.2 現(xiàn)象：液晶電視LE40C19市場(chǎng)審核輻射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試不合格

對(duì)策：將揚(yáng)聲器線與液晶金屬背板相連（通過(guò)導(dǎo)電布），測(cè)試合格，如圖5所示。

整改前測(cè)試曲線，如圖6所示。

整改后測(cè)試曲線，如圖7所示。

3.2 針對(duì)產(chǎn)品在研制階段的整改措施

典型的產(chǎn)品電磁輻射問(wèn)題如圖8所示，有一些頻率點(diǎn)上超出標(biāo)準(zhǔn)的要求，由于輻射發(fā)射的測(cè)試不確定度很大，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間的測(cè)試結(jié)果差異很大，許多公司都要求輻射發(fā)射的測(cè)試結(jié)果有 4-6dB 的裕量。

類(lèi)似輻射發(fā)射超標(biāo)的情況經(jīng)常發(fā)生，要想解決，須弄清楚輻射產(chǎn)生的根本原因，據(jù)筆者分析，可能的輻射問(wèn)題來(lái)源有：

（1）印刷線路板中走線問(wèn)題引起的，如圖9。

在 PCB 板走線中應(yīng)該注意一些高速信號(hào)的回流路徑，我們知道信號(hào)即有電壓也會(huì)存在電流，而信號(hào)電流總是要流回其源頭，如果高速信號(hào)的回流路徑過(guò)大，形成環(huán)路，很容易對(duì)外輻射能量。

（2）連接 PCB 板的電纜引走的問(wèn)題，如圖10。

如圖10中，與電路板相連的電纜也是產(chǎn)生輻射問(wèn)題的原因之一，因?yàn)楦咚傩盘?hào)電流在電纜中流動(dòng)由于環(huán)路和阻抗不匹配等原因很易對(duì)外產(chǎn)生共?；虿钅５碾姶泡椛?。同理，在多層電路板中，如果疊層設(shè)計(jì)不合理，疊層之間的電磁場(chǎng)耦合存在天線效應(yīng)，對(duì)外進(jìn)行能量輻射；輻射的能量從哪里出來(lái)，如何解決？通常要花費(fèi)工程師相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行分析解決。通過(guò)仿真分析結(jié)果則很清晰表明的產(chǎn)生輻射問(wèn)題的機(jī)理，在高頻狀態(tài)下，電流總是尋找最短路徑回到源端，在存在障礙的情況下（高阻抗、環(huán)流面積大）就會(huì)對(duì)產(chǎn)生輻射。

5 總結(jié)

總之，解決EMC的問(wèn)題應(yīng)該在產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程之中予以解決，而不是在產(chǎn)品研發(fā)完成之后再進(jìn)行修補(bǔ)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循一些EMC的設(shè)計(jì)導(dǎo)則，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審，并在每個(gè)研發(fā)階段應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的EMC工程測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。從EMC問(wèn)題產(chǎn)生的根源上解決問(wèn)題永遠(yuǎn)比在表面上解決（如屏蔽）要好的多，且成本更低，且在整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)流程中，對(duì)EMC問(wèn)題解決的越晚，所產(chǎn)生的成本會(huì)更高。

參考文獻(xiàn)

[1]郭銀景.電磁兼容原理及應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]錢(qián)振宇.開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)與測(cè)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006（05）：12.

[3]楊迎建.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2010（12）.

[4]區(qū)健昌.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介

高維勝（1981-），男，四川省綿陽(yáng)市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司可靠性與檢測(cè)技術(shù)中心工程師。主要研究方向EMC電磁兼容測(cè)試與整改技術(shù)。

作者單位

四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司可靠性與檢測(cè)技術(shù)中心 四川省綿陽(yáng)市 621000