RE,CE和ESD整改方法上課講義.ppt

EMC培訓材料 EMC整改方法 JackPan 何為EMC整改 EMC整改定義是指產品在功能調試或EMC測試過程中出現問題后所采取的彌補手法 EMC整改與EMC設計的差異 問題出現后 EMC整改 問題 運用EMC手法抑制潛在 使問題不出現 輻射發(fā)射問題整改方法 RE問題整改 RE問題定位概述 整改的前提是定位 沒有定位過程的整改就像無頭的蒼蠅一樣到處亂撞 有的時候即使問題搞定了 工程師們也不知道哪些整改措施是必須的 哪些是多余的 帶來附加成本 定位有兩種手段 一種是直覺判斷 需要完全依靠工程師積累的EMC經驗來判斷 另一種是比較測試 依靠測試儀器和EMC經驗的結合來對問題進行詳細的定位判斷 RE超標之整機定位詳細流程 測量超標 臨界 點 作參考值 有信號電纜 無電纜 如電池供電設備 合格 不合格 只有電源電纜 無效果 不合格 拔掉所有電纜 合格 在電源線上增加磁環(huán) 檢查機箱屏蔽 完成 有效果 合格 不合格 電纜有問題 解決電纜共模電流 設備聯(lián)上所有電纜 處理濾波器 電路 消除共模電流 電源電纜導致輻射超標定位子流程 靈活應用鐵氧體磁環(huán) 合格 檢查濾波器安裝或濾波電路的走線 100MHz以上 定制寬帶濾波器 無效果 有效果 重新安裝濾波器或設計濾波電路地線和輸入輸出走線 不合格 選擇高頻性能較好的濾波器 30 100MHz 不合格 更換濾波器或濾波器件參數 信號電纜導致輻射超標定位子流程 連上某根電纜 輻射增強 輻射無增強 100MHz以上 套上鐵氧體磁環(huán) 100MHz以上 繞1 3匝 饋通型 無明顯改善 不可濾波 可濾波 有改善仍不合格 增加一個磁環(huán) 100MHz以下 100MHz以下 PCB安裝型 使用或改善屏蔽電纜 采用濾波或屏蔽電纜 不合格 屏蔽體泄漏定位子流程 縫隙 孔洞 檢查襯墊 襯墊安裝 設法密封縫隙 襯墊質量 內部結構 有襯墊 無襯墊 仍有泄漏 無泄漏 完成 輻射源是否在孔洞附近 重新設計結構 使兩者遠離 縮小孔洞尺寸或用截止波導 磁場 電場 整改方法 常見測試頻譜的整改方法 排除外界因素 將被測設備關電 確認背景噪聲是否滿足標準要求 標準要求電波暗室的背景噪聲在限值線以下6dB 確認測試布置是否滿足標準要求 寬帶噪聲抑制方法 譜線問題描述 30 300MHz頻段內出現寬帶噪聲超標 如下圖 問題定位 一般由電源或地噪聲輻射引起 問題整改 通過在電源線上增加去耦磁環(huán) 可開合 進行驗證 如果有改善則說明和電源線有關系 采用以下整改方法 濾波器是否良好接地 如果設備有一體化濾波器 檢查濾波器的接地是否良好 接地線是否盡可能短 建議 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 濾波器或濾波電路的輸入輸出是否隔離 檢查濾波器的輸入 輸出線是否互相靠近 濾波器 輸入 輸出 模塊 PCB 適當調整濾波器件參數 適當調整X Y電容的容值 差模電感及共模扼流圈的感量 需要注意的是 調整Y電容時要注意安全問題 改變參數可能會改善某一段的輻射 但是卻會導致另外頻度變差 所以需要不斷的試 才能找到最好的組合 適當增大觸發(fā)極上的電阻值 如果設備使用開關電源 適當增大觸發(fā)極上的電阻值不失為一個好辦法 在上圖中增加兩個電容也可以有效減小共模開關噪聲 PWM電路 R 減小開關電源內的回路面積 開關電源板在PCB布線時一定要控制好各回路的回流面積 可以大大減小差模輻射 差 好 單層板或雙層板中電源走線的處理 電源線 地 電容 L 增加電容為電源去耦 多層板中電源平面層的處理 要求電源平面和地平面緊鄰 地層 電源層 電源連接器插針定義是否符合要求 檢查設備的板間電源連接器的插針定義 非屏蔽設備內電源線的處理 在電源線上套磁環(huán)進行比對驗證 以后可以通過在單板上增加共模電感來實現 或者在電纜上注塑磁環(huán) 非屏蔽機箱 磁環(huán) 結構屏蔽設備的電源線處理 圖中的L長度有要求 結構屏蔽設備的孔縫泄漏 屏蔽設備內部 孔縫附近是否有干擾源 結構件搭接處是否噴有絕緣漆 采用砂布將絕緣漆擦掉 作比較試驗 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 系統(tǒng)接地線 X 屏蔽體內部 獨立窄帶尖蜂噪聲抑制方法 譜線問題描述 全頻段內出現間隔均勻的窄帶尖蜂群噪聲 如下圖 或單立尖蜂噪聲 問題定位 如果是均勻的窄帶尖蜂群噪聲 計算其間隔頻率差是多少 這個頻率差可能就是其輻射源的基頻 如果是單立的尖蜂噪聲 則看看這個尖蜂噪聲和單板上的時鐘頻率是否有倍頻關系 問題整改 有針對性的處理確定的目標時鐘源 時鐘源外殼是否接地 在PCB板上 晶體外殼應該接地處理 晶振的接地腳應該接地 時鐘輸出匹配設計 時鐘的輸出根據信號質量的要求使用始端匹配 適當變緩時鐘沿 減小發(fā)射 需要注意的是 使用時鐘驅動器時 時鐘驅動的時鐘輸出同樣需要匹配 時鐘源的電源濾波設計 采用磁珠 大電容 高頻電容的濾波方式給時鐘源進行濾波 GND 晶振 R BEAD GND 電容 時鐘源是否遠離任何連接器 插座 時鐘源應盡可能遠離外出接口以及結構開孔附近 PCB板上時鐘走線遠離連接器 插座 對于結構屏蔽設備 單板上時鐘走線應遠離單板上的外出接口和結構孔縫 單層板或雙層板上時鐘線的處理 單層板或雙層板上的時鐘建議盡可能在時鐘線的兩側包地線 條件不允許 也應該使時鐘線和地線緊鄰走線 即時鐘線的一側起碼有地線 以減小時鐘線的回流面積 減小差模輻射 PCB 包地線 包地線 時鐘源 多層板上時鐘線的處理 時鐘線走內層 是否存在信號線跨其回流平面分割帶 跨分割會使得信號回路面積增大 如下圖比較 時鐘源是否盡可能靠近其負載 如下圖 時鐘源靠近負載的目的是使時鐘走線即可能短 時鐘走線的粗細是否存在跳變 時鐘線的粗細跳變會導致時鐘信號出現阻抗失配問題 使時鐘波形產生畸變 引起EMI問題 時鐘線換層的處理 在多層板和雙層板中 時鐘線往往要換層 這時要求時鐘線的換層過孔附近必須有地層過孔存在 原因是 時鐘線在換層后其回流平面也換層了 在時鐘換層過孔附近設置地過孔可以有效的減小其信號回流面積 時鐘源或時鐘走線是否靠近屏蔽結構孔縫 如下圖 檢查是否有時鐘源或者時鐘走線靠近結構開孔 縫 可以采用在孔縫上使用屏蔽材料 如導電布 的方法作測試比較 結構屏蔽設備的孔縫泄漏確定 對于結構屏蔽設備 孔縫處理不當會導致很大的輻射泄漏 嚴重的時候會徹底破壞結構的屏蔽效能 定位結構上哪處泄漏的方法有 使用頻譜儀和近場探頭沿結構孔縫處進行掃描 確定泄漏點 在暗室內轉動轉臺和改變天線極化方式 尋找輻射最大時的轉臺角度以及天線的極化狀態(tài) 并保持住 再進行處理 找到影響最大的泄漏縫 孔 后 采用簧片或導電布等屏蔽材料進行處理 或者檢查此處結構搭接是否有噴漆等不良因素 接口輻射之接口電路設計 通過插拔電纜或在電纜上加可開合的磁環(huán)比較測試結果來確定是否有接口輻射引起超標 對于無隔離器件的接口 如串口 其外出信號線處設置接地橋 以保證其信號回流 接口輻射之屏蔽電纜處理 屏蔽電纜的屏蔽效果取決于以下幾個環(huán)節(jié) 電纜屏蔽層和電纜lead的360度搭接 電纜屏蔽層的類型 編織屏蔽比錫箔屏蔽要好 時鐘等關鍵信號插針定義處理 無論是設備外出時鐘信號還是產品內部的板間時鐘信號 其連接器插針定義一定要為 GND CLK GND的模式 能用同軸線走時鐘最好 且要保證同軸頭外殼的良好接地 高密集型尖蜂群噪聲的抑制方法 譜線問題描述 在某些頻段內出現無任何規(guī)律可尋的高密集型尖蜂群噪聲 如下圖 問題定位 對于這些噪聲 單板上沒有任何時鐘頻率和其有關系 并且非常密集 一般來說屬于總線噪聲 問題整改 有針對性的處理總線源 總線是否有匹配 總線輸出建議采用始端輸出匹配電阻進行匹配 可以有效減小總線輻射 注意匹配電阻靠近驅動源放置 總線驅動和接收芯片的電源必須有濾波 總線驅動和接收芯片的電源必須有良好的濾波電路 具體芯片 CPUFlashSDRAM等 VCC 電容 Bead 內存條插座電源針必須有濾波電路 如下圖所示 因為插針會導致阻抗失配 引起電源母線上的高頻阻抗存在 所以內存條插座的電源管腳附近需要有電容濾波 構成一T型濾波電路 可以有效抑制內存條的高頻噪聲 并且可以滿足內存條的快速電流供電 內存 電源母線電感 插針電感 等效電路 總線過孔處的地過孔設置是否合理 信號過孔附近無地過孔 回路面積變大 增加了地過孔 回路面積變小 輻射得到抑制 地過孔示意圖 上圖為信號線換層過孔附近無地過孔 過孔距離較遠 的情況 桔黃色虛線為回流面積區(qū) 下圖為走線換層過孔附近有地過孔 可以看出下圖較上圖有較小的信號回流面積 所以輻射能大大減小 各種PCB上總線的處理 單層板上 總線簇兩側應加包地線 雙層板上 總線簇兩側加包地線或者另外一層 非總線所在層 的總線投影區(qū)域內鋪接地銅皮 多層板上 總線簇應靠近完整地平面走線 最好走內層 所有信號走線是否存在寬度變化 走線粗細的跳變會導致信號出現阻抗失配問題 使信號波形產生畸變 引起EMI問題 輻射問題總結 上述只是一些比較典型的輻射問題整改方法及定位流程 相對來說比較有效 但是要想徹底解決問題 還是需要在產品的設計階段考慮充分的EMC設計 這樣才能夠預測到問題并防患于未然 特對對于一些產品測試階段是無法實施的對策 例如3W原則等 必須在設計階段提前考慮到 靜電問題整改方法 ESD問題 設備分類 解決ESD問題要對設備進行分類 以做到不同類型設備不同處理方式 一類設備 金屬結構設備 金屬外殼接大地 包括兩中情況 一種是通過系統(tǒng)接地線接大地 另一種是通過電源內的PE線接大地 二類設備 金屬結構設備 外殼不接大地 如MP3播放器等 三類設備 塑膠結構設備 一類設備靜電問題處理 解決此類ESD問題原則 快速泄放靜電電流 此類設備的靜電試驗主要是針對設備的外殼 連接器外殼 指示燈 復位按鈕 撥碼開關 電源開關等部位進行 所以在出現靜電問題時應該針對這些地方進行處理 系統(tǒng)接地線接大地 通過電源PE接大地 外殼放電問題之電流路徑確定 確定靜電泄放路徑 方法是將設備的外殼平鋪開 沿放電點到設備接地點畫直線 一般來說 這條直線就是靜電電流的泄放途徑 放電點 接地點 放電點 接地點 檢查此條路徑是否 通暢 之一 是否存在結構孔縫 導致靜電產生的場通過孔縫向設備內部輻射 解決方法 采用銅箔 鋁箔或導電布將此孔縫 電堵住 進行比較試驗 放電點 接地點 檢查此條路徑是否 通暢 之二 如果放電點和接地點在設備的不同結構件部位 即兩個點不在一個完整的金屬體上 則檢查這兩個金屬件之間的電搭接是否良好 一般來說 需要關注搭接的地方是否大面積接觸 沒有噴絕緣漆 不噴絕緣漆 接地點 放電點 泄放途徑附近是否有內部電纜 靜電電流泄放途徑附近是否存在設備內走線 特別是當放電路徑上存在結構縫隙時 縫隙附近有信號線 解決方法 1 改變此電纜的走線方式 遠離放電途徑或放電途徑上的孔縫 2 在信號線上增加磁環(huán) 切斷靜電感應的共模電流 加濾波電容 加濾波電容 磁環(huán) 泄放途徑附近是否有敏感電路 檢查泄放途徑附近是否存在敏感電路 如復位電路 控制電路 音視頻電路等 特別是泄放途徑中存在孔縫時 孔縫附近的敏感電路極易被靜電干擾 解決方法 用屏蔽材料堵住孔縫 設備接地端子是否作金屬化處理 如下圖所示 設備接地光通過螺釘的螺紋連接是不可靠的 應該在落空四周作金屬化處理 金屬化區(qū)的面積和接地線的墊片大小一致即可 以保證大面積搭接 螺孔 金屬化區(qū) 通過電源PE線接地的接地線長度要求 下圖為設備俯視圖 箭頭為靜電電流的流向 可以看出 如果接地線在設備內部長度過長將會導致靜電電流的輻射 干擾單板正常工作 所以建議PE線最好接在設備金屬殼的外表面 如果在內表面建議長度小于6cm 設備內部 接地螺釘 接口連接器靜電問題處理 下圖為俯視圖 靜電槍對連接器金屬外殼進行放電時容易出現問題 原因是連接器的外殼一般都接在單板地上 從而靜電電流會流進單板產生問題 解決方法 1 保證連接器的金屬外殼和設備的金屬外殼良好接觸 使靜電電流直接從設備外殼泄放到大地上 可以采用導電布 鋸齒簧片等屏蔽材料來保證連接器的外殼和設備外殼良好搭接 2 避免復位信號電路 線 片選信號線以及控制信號電路等敏感電路靠近接口連接器 接口信號的ESD防護 在對接口連接器進行放電時 連接器內的插針極易耦合出靜電電流 采取的措施 1 采用TVS管進行靜電抑制 TVS管為瞬態(tài)抑制二極管 并使用限流電阻進行限流 如下圖所示 2 選用抗靜電能力較強的接口芯片 面板復位按鈕ESD問題處理 面板復位按鈕是靜電非常敏感的電路 可以采用以下兩種方法處理 指示燈 撥碼開關電路的處理方式同 此外 面板復位按鈕 撥碼開關以及指示燈在面板上的開孔應盡可能小 面板顯示屏 鍵盤ESD問題處理 對于這些部位的靜電問題 一般都是因為靜電進入了設備內部 干擾顯示和鍵盤控制電路導致問題產生 最好且最有效的辦法是在鍵盤 顯示屏的表面貼絕緣膜 使靜電在這些部位無法放電 對于絕緣膜方法無法實施的設備 建議在控制線上加磁環(huán)進行靜電脈沖抑制 對于有屏蔽金屬絲網的顯示屏 金屬絲網要和結構件良好搭接 二類設備靜電問題處理 對于此類設備的ESD放電部位和一類設備一樣 包括設備的外殼 連接器外殼 指示燈 復位按鈕 撥碼開關 電源開關等部位 所以在出現靜電問題時應該針對這些地方進行處理 外殼無接地設備 對設備外殼的放電 對于下圖中的情況 設備內電路和金屬外殼無電連接 設備內電路有電纜在遠端接地 處理方法 見下頁 電路和機殼不連時 二次放電產生的靜電電流路徑 上頁情況的處理方法之一 有條件接地的設備 外殼接地并且要保證接地阻抗小 和機殼連接 無法保證接地阻抗小的設備 其在外部接地的線和機殼相連 上頁情況的處理方法之二 和機殼連接 對于無條件接地的設備 使其在外部接地的線和外殼相連 對于無條件接地的設備 采用雙絞線的方式傳輸信號 對設備外殼的放電 電路和機殼相連時 產生的靜電電流路徑 對于下圖中的情況 設備內電路和金屬外殼有電連接 設備內電路有線在遠端接地 處理方法 見下頁 上頁情況的處理方法之一 有條件接地的設備 外殼接地并且要保證接地阻抗小 無改善則去掉電路和外殼的連接 和機殼連接 無法保證接地阻抗小的設備 其在外部接地的線和機殼相連 無改善則去掉電路和外殼的連接 上頁情況的處理方法之二 和機殼連接 對于無條件接地的設備 去掉電路和外殼的連接 且使其在外部接地的線和外殼相連 對于無條件接地的設備 去掉電路和外殼的連接 采用雙絞線的方式傳輸信號 接口連接器等部位放電問題 對于接口 復位按鈕 鍵盤以及顯示屏等部位的放電問題同一類設備 三類設備靜電問題處理 絕緣外殼設備 靜電試驗主要針對絕緣外殼 空氣放電 金屬連接器的外殼 直接放電 塑膠連接器的外殼 空氣放電 面板上的一些復位按鈕 撥碼開關以及指示燈等部位 靜電槍 空氣放電頭 塑膠外殼 對設備絕緣外殼的空氣放電 解決此類問題的原則對策是空間隔離 一般來說 在絕緣物體上空氣