輻射騷擾整改方法.doc

輻射騷擾整改方法與案例 The technique to Re F and one case 深圳電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心 李思雄 CQC 深圳分中心 徐毅敏文章通過(guò)案例清楚說(shuō)明了一 摘 要 輻射騷擾超標(biāo)通常是電磁兼容測(cè)試中最常見(jiàn)也是最難對(duì)付的； 般整改思路及每一步驟，特別強(qiáng)調(diào)超標(biāo)原因的正確分析；并就此指出幾個(gè)關(guān)鍵注意事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞 輻射騷擾 超標(biāo) 整改 思路 案例 Abstract Radiation emission test frequently fail and it is very difficult to mend usually. In this article, technique and process to solve Re F (Radiation emission test fail) are introduced clearly by one case that accentuated to research problem exactly. The key to Re F was indicated. Keywords Re F mend technique case （一）引言 輻射騷擾主要是指能量以電磁波形式由源發(fā)射到空間或能量以電磁波形式在空間傳播的現(xiàn) 象。輻射騷擾是電磁兼容的重要內(nèi)容，也是測(cè)試最不容易通過(guò)且最難整改的項(xiàng)目，談到電磁兼容 測(cè)試不合格令人首先想到的就是輻射騷擾超標(biāo)（Re F）； 輻射騷擾超標(biāo)的產(chǎn)品可能引起周?chē)b 置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害，一定要整改合格、符合有關(guān)法規(guī) 標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品才能順利走向市場(chǎng)。 部分企業(yè)重視 EMC，開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品能夠一次通過(guò)測(cè)試；但多見(jiàn)的情況是樣品經(jīng)過(guò)艱辛整改 才勉強(qiáng)合格；有相當(dāng)多 IT 數(shù)碼產(chǎn)品本來(lái)就容易發(fā)生輻射騷擾超標(biāo)（Re F），要依靠 EMC 設(shè)計(jì)才 能有效解決問(wèn)題的， 可企業(yè)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段根本沒(méi)有考慮 EMC 設(shè)計(jì)， 也沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng) EMC 測(cè)試以 驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案就投入量產(chǎn)，致使大量產(chǎn)品最終檢驗(yàn)不合格而需要整改。 （二）整改要求和整改方法概述 如果產(chǎn)品輻射騷擾容易超標(biāo)、整改不可避免，就要有負(fù)責(zé)整改的工程師；如整改工程師掌握 無(wú)線電基礎(chǔ)知識(shí)，了解輻射騷擾概念，能看懂電路和輻射騷擾測(cè)試圖，兼有電子設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或 EMC 行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，就容易形成一套解決問(wèn)題的辦法。 輻射騷擾整改的一般要求：對(duì)于已經(jīng)材料齊套的批次產(chǎn)品、半成品或完成品，電路板不能改 排版，成本要低，要能批量改進(jìn)或生產(chǎn)；整改措施對(duì)下批次或類(lèi)似產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 實(shí)施整改，通常要準(zhǔn)備樣品兩臺(tái)、說(shuō)明書(shū)、電路圖、結(jié)構(gòu)圖各一份；最好有一名熟練工人輔 助操作。 Re F 整改方法：首先，初步了解產(chǎn)品特點(diǎn)，盡量多地了解當(dāng)前產(chǎn)品輻射騷擾超標(biāo)具體情況； 其次，針對(duì)整改要求，了解產(chǎn)品電路原理，根據(jù)客戶(hù)提供的信息判斷是何種類(lèi)型的超標(biāo)（工作所 需要的振蕩信號(hào)諧波超標(biāo)還是其它問(wèn)題）以及可能的騷擾源；再次，結(jié)合電路分析，通過(guò)產(chǎn)品內(nèi) 部檢查和近場(chǎng)探頭探查，具體確定輻射騷擾源和主要的輻射發(fā)射途徑；為確保入手正確，安排必 要的排查測(cè)試作問(wèn)題癥結(jié)的進(jìn)一步確認(rèn)；第四步，綜合分析結(jié)果，采取措施，進(jìn)行整改；如果超 標(biāo)嚴(yán)重（6dB 以上），必須從源頭開(kāi)始治理（超標(biāo) 12dB 以上時(shí)往往還要同時(shí)采取其他辦法）； 如果超標(biāo)不嚴(yán)重（不超過(guò) 6dB），可以直接從較易處理的主要問(wèn)題點(diǎn)（可能是騷擾源也可能是傳 播途徑）開(kāi)始著手；第五步，驗(yàn)證整改效果；第六步，效果不理想則返回檢查，效果好則可以考 慮方案簡(jiǎn)化和綜合驗(yàn)證，以找出最方便、經(jīng)濟(jì)的達(dá)標(biāo)辦法；第七步，做個(gè)筆記，小結(jié)經(jīng)驗(yàn)。 （三）整改方法案例講解 這里詳細(xì)介紹一款醫(yī)療產(chǎn)品 Re F 整改的每一步驟，基于保密和篇幅原因，但凡可以不提的 信息全部略去。 整改第一步，初步了解產(chǎn)品、 整改第一步，初步了解產(chǎn)品、了解輻射騷擾超標(biāo)具體情況 案例產(chǎn)品為醫(yī)療電子設(shè)備，塑料外殼，有兩對(duì)輸出長(zhǎng)線連接作為電極的金屬棒，電極用于連 接人體不同部位，工作頻率（10Hz1MHz）可單一設(shè)定或程控交替變換?？蛻?hù)稱(chēng)該產(chǎn)品八月份在 美國(guó)做 FDA 測(cè)試時(shí) Re F，三個(gè)多月來(lái)一直努力改進(jìn)，始終未獲通過(guò)。客戶(hù)提供了此前每次整改 前后的測(cè)試情況，簡(jiǎn)述如下： 第一次，水平和垂直測(cè)試曲線（August 17 First Scan）； 第二次，線纜加鐵氧體材料后改進(jìn)不大； 第三次用近場(chǎng)探頭查找騷擾源； 第四次把樣機(jī)內(nèi)外的線纜去除，沒(méi)有負(fù)載狀態(tài)時(shí)，測(cè)試曲線除了基底降低外幾乎無(wú)變化； 第五次箱體、線纜屏蔽后測(cè)試，結(jié)果改進(jìn)不大； 第六次 24MHz 和 6MHz 晶體振蕩器接 0.33Pf 到地， 電極和電源線上增加磁珠串接， 測(cè)試結(jié)果沒(méi) 有明顯改進(jìn)。 第七次采取樣品內(nèi)部屏蔽、電極和電源線上增加磁珠串接，晶振接地等措施，測(cè)試結(jié)果沒(méi)有明 顯改進(jìn)。 第八次測(cè)試（Nov 09, 2005 Re with pads removed and 160 ohm Resistors connected）， 沒(méi)有明顯改進(jìn)，Radiated Emissions 30 MHz - 1000 MHz 水平極化測(cè)試數(shù)據(jù)如下： EN55011 Grp 1 Class B (Pk-H) Frequency (MHz) Peak FS dB(uV) 1.45E+08 3.15E+08 3.60E+08 3.84E+08 4.33E+08 Limit10m dB(uV/m) 49.6 47.4 51.1 47.9 48 Margin dB 30 37 37 37 37 RA dB(uV) 19.6 10.4 14.1 10.9 11 CF dB 66.9 61 63.4 59.7 58.2 AG dB 4.7 5.6 5.8 5.9 6.1 AF dB(1/m) 32.9 32.8 32.8 32.8 32.8 10.9 13.6 14.7 15.1 16.4 EN55011 Grp 1 Class B (Pk-Vertical) 垂直極化測(cè)試數(shù)據(jù)略 整改第二步，了解產(chǎn)品電路原理， 整改第二步，了解產(chǎn)品電路原理，判斷超標(biāo)類(lèi)型和騷擾源 認(rèn)真閱讀說(shuō)明書(shū)和電路圖，可以把電路圖示簡(jiǎn)化為如圖 1： 從客戶(hù)所提供的以上信息，可以得到如下基本判斷： 1、 產(chǎn)品輻射騷擾嚴(yán)重超標(biāo)，最大超標(biāo) 28 dB(uV/m)以上；輻射騷擾超標(biāo)由兩部分疊加，其一為 24 MHz 在 70 MHz700 MHz 的諧波，其二為 120 MHz300 MHz 間的輻射群波騷擾；為此需要對(duì) 應(yīng)兩部分問(wèn)題同時(shí)考慮整改措施。 2、 24 MHz 在 70 MHz700 MHz 的諧波超標(biāo)非常嚴(yán)重（幾乎高出基底群波 30dB），必須從源頭 開(kāi)始治理。 3、 從客戶(hù)提供的第四次（把樣機(jī)內(nèi)外的線纜盡量多去除，沒(méi)有輸出、沒(méi)有負(fù)載狀態(tài)的）測(cè)試曲 線結(jié)果看，線纜、輸出線和負(fù)載是群波輻射騷擾的主要發(fā)射載體。 4、 從客戶(hù)提供的每次整改后測(cè)試結(jié)果看，如下整改措施效果不佳：箱體屏蔽、樣品內(nèi)部屏蔽、 線纜屏蔽，24Mhz 和 6Mhz 晶體振蕩器接 0.33Pf 到地或晶振外殼接地，樣品改接地點(diǎn)等； 恰好從電路、結(jié)構(gòu)看，這些措施本來(lái)就不是好辦法。 整改第三步，結(jié)合電路分析，安排必要的排查驗(yàn)證測(cè)試， 整改第三步，結(jié)合電路分析，安排必要的排查驗(yàn)證測(cè)試，確認(rèn)問(wèn)題癥結(jié)所在 結(jié)合第二步分析，可以非常清楚看出，該案例 Re 涉及關(guān)鍵地方為：24MHz 晶振電路、供電 回路、地回路，24MHz 晶振信號(hào)傳輸線，5V/72V DC/DC 模塊，DC/DC 模塊輸入輸出電路，外接電 纜端口。 從電路圖看， 主要問(wèn)題有： 24MHz 晶振與振蕩管之間未接入磁珠以吸收晶振振蕩諧波， 24MHz 晶振電路由 5V 供電（一般 3V 供電的多，5V 供電時(shí) 24MHz 振蕩幅度很可能會(huì)過(guò)大，能否降低一 些？），24MHz 晶振信號(hào)傳輸線和供電線未接入磁珠或安排任何 EMI 抑制慮波電路， DC/DC 模塊 輸入端沒(méi)有任何 EMI 抑制電路或器件安排，輸出電路正負(fù)極之間只連接一個(gè) 104 電容。一句話， 完全缺乏 EMC 考慮。估計(jì)電路排版也非常糟糕（該案例沒(méi)有電路排版圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖）， Re 超 差才會(huì)這么嚴(yán)重。拆開(kāi)樣品查看結(jié)構(gòu)和電路排版，果不出所料，設(shè)計(jì)工程師沒(méi)有 EMC 經(jīng)驗(yàn)，不知 道高頻電流環(huán)路面積 S 越大, EMI 輻射會(huì)越嚴(yán)重，電路排版隨心所欲，毫無(wú)顧忌：整體電路分布 安排欠佳，致使 24MHz 晶振信號(hào)傳輸線和供電線排得很長(zhǎng)，旁邊也沒(méi)有安排相伴地回線；輸出端 口與實(shí)際電路輸出部位分別在兩頭且沒(méi)有任何處置， 正負(fù)極輸出電纜分別連接人體不同部位， 幾 乎形成開(kāi)放性天線；大多數(shù)地線形成孤島和尖銳邊角。局部電路排版（反面）如照片 1 所示： 改進(jìn) EMC 問(wèn)題，如同診治疾病，一定要先查清病灶。以上根據(jù)電路和排版，作了一些初步分 析， 為了驗(yàn)證客戶(hù)提供信息的真實(shí)可參考， 把騷擾源頭摸透徹， 以便下一步實(shí)施整改時(shí)有的放矢， 需安排必要的排查測(cè)試（一般產(chǎn)品 120 MHz 以上，水平測(cè)試較垂直測(cè)試騷擾超標(biāo)會(huì)較嚴(yán)重；本案 例主要排查 120 MHz 以上騷擾時(shí)，只安排水平測(cè)試）。 排查測(cè)試一，樣品未整改，正常狀態(tài)下水平測(cè)試結(jié)果曲線如圖 Th1； 排查測(cè)試二，樣品未整改，只有電源線、去除樣機(jī)內(nèi)外的輸出線纜、沒(méi)有負(fù)載狀態(tài)，測(cè)試結(jié) 果曲線如圖 Th2； 以上測(cè)試非常重要。說(shuō)明客戶(hù)信息真實(shí)，可確認(rèn)前述分析結(jié)果： 產(chǎn)品輻射騷擾超標(biāo)非常嚴(yán)重，以至于只保留需要的電源線、去除樣機(jī)內(nèi)外的輸出線纜狀態(tài)下， 測(cè)試結(jié)果基本不受影響；輻射騷擾超標(biāo)由兩部分疊加，其一為 24 MHz 在 70 MHz700 MHz 的諧 波，其二為 120 MHz300 MHz 間的基底群波輻射騷擾； 24 MHz 在 70 MHz700 MHz 的諧波超標(biāo)非常嚴(yán)重（幾乎高出群波 30dB），必須從源頭開(kāi)始治 理。 借助高頻示波器或頻譜分析儀加上近場(chǎng)探頭尋找主要騷擾源，初步確認(rèn) 24MHz 晶振電路為 70 MHz700 MHz 的 24 MHz 諧波騷擾源頭，5V/72V DC/DC 模塊為基底群波輻射騷擾源頭。 24 MHz 諧波理論上也是 6MHz 晶振諧波， 6MHz 晶振電路對(duì) 70 MHz700 MHz 范圍內(nèi)的諧波 有多大程度的貢獻(xiàn)？放大電路對(duì)于基底群波輻射騷擾多大程度的貢獻(xiàn)？為了進(jìn)一步確認(rèn)， 考慮安 排如下幾組排查測(cè)試： 排查測(cè)試三： 正常測(cè)試狀態(tài)下， 24MHz 晶體開(kāi)路， 讓 沒(méi)有 24MHz 振蕩信號(hào)時(shí)水平/垂直測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果曲線如圖 Thv3：（上面一條為水平測(cè)試結(jié)果） 排查測(cè)試四，正常測(cè)試狀態(tài)下，斷開(kāi)放大電路 72V 供電時(shí)水平測(cè)試，測(cè)試結(jié)果曲線與 Th2 相似，說(shuō)明整個(gè)有用低頻信號(hào)放大電路對(duì)輻射騷擾貢獻(xiàn)很小，可以不予考慮。 排查測(cè)試五，正常測(cè)試狀態(tài)下，斷開(kāi) 5V/72V DC/DC 模塊的 5V 輸入，讓 5V/72V DC/DC 模塊 不工作（同時(shí)會(huì)影響低頻信號(hào)放大電路也停止工作），天線水平極化，測(cè)試結(jié)果曲線如圖 Th5， 可以看出，由于沒(méi)有了原來(lái)凸起來(lái)基底群波，整個(gè)輻射騷擾測(cè)試曲線低了很多： 為進(jìn)一步確認(rèn) 5V/72V DC/DC 模塊的缺陷，把 5V/72V DC/DC 模塊取出，進(jìn)行單獨(dú)空載測(cè)試， 即只給輸入，輸出端沒(méi)有任何連接，測(cè)試結(jié)果曲線如圖：水平 Th6、垂直 Tv7 基于 DC/DC 空載狀態(tài)下，騷擾嚴(yán)重超出限值的情況，建議客戶(hù)更換 DC/DC 模塊。如能更換， 將會(huì)大大簡(jiǎn)化整改措施，否則，這種 DC/DC 模塊在電路中輸入和輸出都未有抑制安排的情況下， 免不了要加裝或加焊常規(guī)共模和差模抑制器件， 內(nèi)部處理不能完全消減騷擾至合格水平時(shí)外部電 纜就免不了要加套磁環(huán)，即外部要采用帶磁環(huán)電纜，會(huì)引起費(fèi)用增加和裝配不規(guī)范等新的問(wèn)題。 通過(guò)以上幾步，問(wèn)題非常明晰：24MHz 晶振電路為 70 MHz700 MHz 的 24 MHz 諧波騷擾源 頭，5V/72V DC/DC 模塊為基底群波輻射騷擾源頭。 整改第四、第五步，綜合分析結(jié)果，整改、 整改第四、第五步，綜合分析結(jié)果，整改、驗(yàn)證 第一整改目標(biāo)：把 24 MHz 在 70 MHz700 MHz 的諧波抑制到不高出群波 3dB（最大不高出群波 5dB）；采取措施降低 24MHz 晶振信號(hào)幅度、消減 24MHz 諧波信號(hào)。 具體整改措施： （1）保證不影響樣品正常工作，減小晶振幅度，實(shí)際 IC1 正常工作電壓 2 6 伏特，原 5 伏特供電調(diào)整為 2.7 伏特； （2）利用合適的高頻吸收器件，吸收晶振諧波， 24 MHz 晶振回路與 IC 腳連接間串接 102 磁珠（100MHz 時(shí)阻抗 1000 歐姆。磁珠選擇原則為在希望起作 用的頻率范圍內(nèi)，如案例中 70 MHz700 MHz，阻抗大，等效電感小，電流限值足夠，尺寸大小 適合安裝，選擇原則下同）；（3）在電源線、24 MHz 時(shí)鐘信號(hào)線兩端串接磁珠，減小晶振諧波 的耦合、 沿長(zhǎng)線傳播引起強(qiáng)輻射， 特別避免晶振諧波不必要地從一個(gè)芯片傳送至另一芯片被二次 放大；（4）地線完整性檢查及改進(jìn)，使電源線、信號(hào)線環(huán)路面積最小（必要時(shí)可增加電源線、 信號(hào)線的伴隨地線），消滅地線孤島。經(jīng)過(guò)以上步驟，用頻譜儀在同方位、同角度、同距離情況 下比較未經(jīng)改進(jìn)和已經(jīng)改進(jìn)的兩個(gè)樣品的 24MHz 諧波信號(hào)大小，發(fā)現(xiàn)大有改進(jìn)。通過(guò)測(cè)試，證明 效果很好。 第二整改目標(biāo)：把群波峰頂抑制到限值 6dB 以下（最好在限值 10dB 以下）；降低 DC/DC 模塊導(dǎo)致的基底抬高、隆起。 整改具體措施： （1）分別在 5V/72V DC/DC 模塊輸入和輸出端插入典型電源 EMI 抑制電路，如圖 2； （2）由于未更換電源模塊，同時(shí)客戶(hù)沒(méi)有現(xiàn)成合適的抑制器件，加之安裝不便利，DC/DC 模塊 輸入和輸出端擬插入的典型抑制電路只能“偷工減料”實(shí)施一半（如照片 2 三個(gè)瓷片電容和兩個(gè) 差模線圈）。 由于內(nèi)部處理不充分，外部電源線、兩對(duì)輸出電纜都要加套磁環(huán)或采用帶磁環(huán)電纜。經(jīng)過(guò)以 上步驟，用頻譜儀在同方位、同角度、同距離情況下比較未經(jīng)改進(jìn)和已經(jīng)改進(jìn)的兩個(gè)樣品，發(fā)現(xiàn) 改進(jìn)情況很好。安排效果驗(yàn)證測(cè)試八，正常狀態(tài)下，水平、垂直測(cè)試圖 Th8/Tv8。證明第一、二 步整改措施恰當(dāng)有效。 第六步， 第六步，方案簡(jiǎn)化和綜合驗(yàn)證 已整改的樣品 Re 合格，功能檢驗(yàn)正常，性能檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出波形有一點(diǎn)點(diǎn)毛刺，好像最后 工作輸出波形有所變化，經(jīng)進(jìn)一步檢查、對(duì)照未改進(jìn)前樣品波形，發(fā)現(xiàn)輸出波形比以前有很大改 進(jìn)（原來(lái)毛刺太多，波形密集時(shí)連在一起看上去反而以為正常），去除了疊加在有用波形上的大 部分無(wú)用信號(hào)，剩下很少的微弱不穩(wěn)定毛刺，為了更好消除剩余雜波，放大電路光耦輸入端串接 的小電阻變更為差不多等阻值的 102 磁珠， 結(jié)果輸出波形更加漂亮。 一般說(shuō)來(lái)， 正確的 EMC 整改， 只會(huì)提高產(chǎn)品性能。 考慮以上方案中， 24MHz 晶振諧波和 DC/DC 模塊導(dǎo)致的基底群波抑制效果很好， 幾乎都有 10dB 以上裕量，可