电磁干扰EMI问题诊断整改及10步骤1.doc

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1、前言电磁干扰的观念与防制在国内已逐渐受到重视。虽然目前国内并无严格管制电子产品的电磁干扰EMI但由于欧美各国多已实施电磁干扰的要求加上数字产品的普遍使用对电磁干扰的要求已是刻不容缓的事情。笔者由于啊作的关系经常遇到许多产品已完成成品设计因无法通过EMI测试而使设计工程师花费许多时间和精力投入EMI的修改由于属于事后的补救往往投入许多时间与金钱甚而影响了产品上市的时机2.正确的诊断要解决产品上的EMI问题假设能在产品设计之初便加以考虑那么可以节省事后再投入许多时间与金钱。由于目前EMI Design-in的观念并不是十分普遍而且由于事先的规划并不能保证其成品可以完全符合电磁干扰的测试在所以如何正

2、确的诊断EMI问题对于设计工程师及EMI工程师是非常重要的。事实上我们如果把EMI当做一种疾病当然平时的预防保养是很重要的而一旦有疾病那么正确的诊断才能得到快速的痊愈没有正确的诊断找不到病症的源头往往事倍功半而拖延费时。故在EMI的问题上常常看到一个EMI有问题的产品由于未能找到造成EMI问题的关键花了许多时间下了许多对策却始终无法解决其中亦不乏专业的EMI工程师。以往谈到EMI往往强调对策方法甚而视许多对策秘决或绝招然而没有正确的诊断而在产品上加了一大堆EMI抑制组件其结果往往只会使EMI情况更糟。笔者起初接触产品EMI对策修改时会听到资深EMI工程师说把所有EMI对策拿掉就可以通过测试。初

3、听以为是句玩笑话如今回想这是很珍贵的经历谈。而后亦听到许多EMI工程师谈到类似的经历。本文中将举出实际的例子让读者更加了解EMI的对策观念。一般提到如何解决EMI问题大多说是case by case,当然从对策上而言每一个产品的特性及电路板布线layout)情况不同故无法用几套方法而解决所有EMI的问题但是长久以来我们一直想要把处理EMI问题并做适当的对策另外也提供专业的EMI工程师一种参考方法。在此我们把电磁干扰与对策的一些心得经历整理希望能对读者有些帮助。3.EMI初步诊断步骤我们提出一套EMI诊断上的参考骤希望用有系统的方式快速的找出EMI的问题。我们并不准备探讨一些理论计算或公式推演将

4、从实务上说明。当一个产品无法通过EMI测试首先就要有一个观念找出无法通过的问题点此时千万不能有主观的念头要在那些地方下对策。常常有许多有经历的EMI工程师由于修改正许多相关产品对于产品可能造成EMI问题的地方也非常了解而习惯直接就下药方当然一般皆可能非常有效但是偶而也会遇到很难修改下来最后发现问题的关键都是起行认为不可能的地方之所以会种疏失就是由于太主观了。因此不管产品特性熟不熟我们都要逐一再确认一次甚而屡次确认。这是因为造成EMI的问题往往是错综复杂并非单一点所造成。故反复的做确认及诊断是非常重要的。我们将初步的诊断步骤详列于下并加以说明其关键点这些步骤看来似乎非常平凡简单不像介绍对策方法各

5、种理论秘籍绝招层出不穷变化微妙。其实许多资深EMI工程师在其对策处理时大部份的时间都在重复这些步骤与判断。笔者要再次强调只有真正找到造成EMI问题的关键才是解决EMI的最正确途径假设仅凭理论推测或经历判断有时反而会花费更多的时间和精力。步骤一将桌子转到待测EUT最大发射的位置初步诊断可能的原因并关掉EUT电源加以确认。说明由于EMI测试上EUT必须转360度而天线由1m到4m变化其目的是要记录辐射最大的情况。同样地当我们发现无法通过测试时首先我们先将天线位置移到噪声接收最大高度然后将桌子转到最差角度此时我们知道在EUT面对天线的这一面辐射最强故可以初步推测可能的原因如此处屏蔽不佳或靠近辐射源或

6、有电线电缆经过等。另外须注意的是要关掉EUT的电源看噪声是否存在以确定噪声确实是由EUT所产生。曾见测试Monitor一直无法解决某一点的干扰结果其噪声是由PC所造成而非Monitor的问题亦有在OPEN SITE测试Monitor发现某几点无法通过由测试接收仪器的声音判断应是Monitor产生结果关掉电源发现噪声依然存在所以关掉EUT电源的步骤是必须的而且通常容易被忽略。步骤二 将连接EUT的周边电缆逐一取下看干扰的噪声是否降低或消失。说明假设取下某一电缆而干扰的频率减小或甚而消失那么可知此电缆已成为天线将机板内的噪声辐射出来。事实上仔细分析造成EMI的关键我们可以用一个很简单的模式来表示。

7、 任何EMI的Source必须要有天线的存在才能产生辐射的情形假设仅单独存在噪声源而没有天线的条件此辐射量是很小的假设将其连接到天线那么由于天线效应便把能量辐射到空间。所以EMI的对策除了针对噪声源Source)做处理外最重要的查破坏产生辐射的条件-天线。以往我们最常看到谈EMI对策离不开屏蔽Shielding),滤波Filter),接地Grounding)对于接地往往一块电路板多已固定而无法再做处理因为这一部份在电路板布线Layout)时就须仔细考虑假设板子已完成那么此时可变动的空间就非常小一般方式仅能找出噪声小的接地处用较粗的地线连接减低共模Common mode)噪声。屏蔽所牵涉的材质与

8、花费亦甚高滤波的方式那么是常可见Bead电感等往往用了一大堆亦不甚见效何以如此许多时候是我们没有解决其辐射的天线效应。一般而言噪声的能量并不会因加一些对策组件便消失也就是能量不减 我们所要做的工作是如何防止噪声辐射到空间辐射测试或由电源传出传导测试。在此我们整理了产生辐射常见的几种情形供读者参考。1机器外部连接之电缆成为辐射天线 由于机器本身外部所连接的电缆成为天线效应将噪声辐射到空间此时噪声的大小和电缆的长度有关因电缆的天线效应相对于噪声半波长时共振情形会最大也往往是造成EMI无法通过测试。在解决这个问题前必须要做一些判断否那么很容易疏忽而浪费时间。a噪声是由机器内部电路板或接地所产生此情形

9、为将电缆取下或加一Core那么噪声减低或消失。此时必须做的一个步骤是将线靠近机器不须直接连接看噪声是否会存在假设噪声并没有升高那么可确实判定由机器内部产生假设将电缆靠近而干扰噪声马上升高由此时请参考b的说明。b噪声是由机器内部耦合到电缆线上而使电缆成为辐射天线。这一点是许多测试工程师容易忽略的。此情形如a中所提到的只要将一条电缆靠近那么可从频谱上看到噪声立刻升高此表示噪声已不单纯是由线上所辐射出而是机器本身的噪声能量相当大一旦有天线靠近那么立刻会耦合至天线而辐射出来。在实际测试中我们发现许多通讯产品有这类情形发生此时假设单纯用Core或Bead去处理并不能真正的解决问题。2机器内部的引线连接线

10、成为辐射天线 由于许多产品内部常有一些电线彼此连接工作厅当这些线靠近噪声源很容易成为天线将噪声辐射出去。针对此点的判断在200MHz以下之噪声我们可以在线上加一Core来判断噪声是否减低而对于200MHz以上之高频噪声我们可以将线的位置做前后左右的移动看噪声是否会增大或减小。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耦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最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将于后详细说明。4电路 板上的组件成为辐射来源由于所使用的IC或CPU本身在运作时产生很大的辐射使得

11、EMI测试无法通过卵石种情往往在经过123的分析后噪声依然存在通常解决的方法不外换一个类似的组件看EMI特性是否会好一些。另外就是电路板重新布线时将其摆放于影响最小的位置也就是附近没有I/O Port及连接线等经过当然假设情况允许将整个组件用金属外壳包覆Shielding)也是一种快速有效的方法。由以上的分析介绍我们可以了解造成电磁干扰辐射最关键的地方就是电线的问题当有了适当的天线条件存在很容易就产生干扰另外电源线往往亦是造成天线效应的主因 这是在许EMI对策中最容易疏忽的。 步骤三电源线无法移去可在其上夹Core或水平垂直摆动看噪声是否有减小或变化。假设产品有电池设备那么可取下电源线判断如N

12、otebook PC等。说明如前所述电源线往往是会成为辐射天线尤其是Desktop PC类产品往往300MHz以上的噪声会由空间耦合到电源线上所以判断产品的电源线是否受到感染是必须的步骤。由于噪声频带的影响对200MHz以下可用加Core的方式可一次多加数个判断对于200MHz以上的噪声由于此时Core的作用不大可将电源线水平摆放和垂直摆放看干扰噪声是否有差异假设水平和垂直有很明显的差异那么可一边摆动电源线一边看频谱仪Spectrum)上噪声之大小有否变化如此便可知道电源线有否干扰。至于假设发现电源线会产生辐射时如何解决一般皆不好处理通常先想方法使机器内的噪声减小以防止电源线的二次辐射而使用S

13、hielded线一般对辐射的影响并不大故换一条不同长度的电源线有时也会有很好的效果。由这一点我们可知道除了要使可册产生辐射噪声的组件远离I/O Port外其也须尽量远离电源线及Switching power supply的板子以免耦合到电源线上使得辐射及传导皆无法通过测试。步骤四检查电缆接头端的接地螺丝是否旋紧及外端接地是否良好。说明依前三项方式大概找了一下问题后我们必须再做一些检查因为透过这些检查也许不须做任何修改便可通过EMI测试。例如检查电缆端的螺丝是否锁紧有时将松掉的螺丝上紧可加强电缆线的屏蔽效果。另外可检查看看机器外接的Connector的接地是否良好假设外壳为金属而有喷漆那么可考虑

14、将Connector处的喷漆刮掉使其接地效果较佳。另外假设使用Shielded的电缆线必须检查接头端处外覆的金属纲是否和其铁盖密合许多不佳的屏蔽线RS232多因线接头的外覆屏蔽金属纲未册和连接端的地密合以致无法充份到达屏蔽的效果。 各种接头如Keyboard及Power supply常常由于接头的插头与机器上的插座间的密合度不好影响了干扰噪声的辐射。检查的方式可将接头拔掉看噪声是否减小减小表示两种册可一为线上本身辐射干扰另一为接头间接触不好此时插上接头用手销微将接头端左右摇动看噪声是否会减小或消失假设会减小可将Keyboard或Power supply的连接头用铜箔胶带贴一圈以增加其和机器接头的密合度这一点也是实测上很容易被疏忽而会误判机器的EMI为何每次测时好时坏或花许多时间在其它的对策上面.