EMI測試整改和方法總結(jié)1.doc

1、EMI輻射測試整改和方法總結(jié)一 .文章寫得不錯，值得推薦，這本書EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析(第2版)也不錯可以看看，呵呵關(guān)于電磁干擾的對策，許多剛接觸的工程師往往面臨一個問題，雖然看了不少對策的書籍，但是卻不知要用書中的那些方法來解決產(chǎn)品的EMI問題。這是一個很實際的問題，看別人修改似乎沒什么困難，對策加了噪聲便能適當(dāng)?shù)慕档停约盒薷臅r下了一大堆對策，找了一 大堆的問題點，卻總不能有效地降低噪聲。事實上，這往往也是EMI修改最耗時間的地方，筆者把一些基本的判斷方法做詳細(xì)的介紹，以提供剛?cè)腴T或正面臨EMI困擾問題的讀者參考，整理了一些原則與判斷技巧，希望能夠?qū)ψx者有幫助。二.水平、垂直判

2、斷技巧EMI的測試接收天線分為水平與垂直二個極化，亦即要分別測試記錄此二個天線方向的最大讀值，噪聲必須要在天線為水平及垂直測量時皆能符合規(guī)格，測量天線要測量量水平及垂直二個方向，除了要記錄到噪聲最大時的讀值外，也能顯示出噪聲的特性，由這個特性的顯示，我們可初步判斷造成EMI問題的重點，對于細(xì)部的診斷是很有幫助的，通常這個方法是很容易為修改對策人員所忽略。在本期的分析中，筆者要介紹幾種EMI的判圖技巧，也就是如何從靜態(tài)的頻譜分析儀所得到的噪聲頻譜圖做初步的分析，另外也會介紹一般對策修改人員最常用的一些動態(tài)分析技巧。許多工程師常?；嗽S多時間與精神，卻感覺無法掌握到重點，可能就是缺乏基本分析的技巧

3、，在噪聲的判斷上有一些混淆，如果能夠掌握一些分析方法，可以節(jié)省不少對策的時間。這里所提的一些方法，一直被不少資深的EMI工程師視為秘訣，因為其中往往是累積了多年的心得與經(jīng)驗才體悟出來的方法，而這些方法通常都是非常有效的。實例一水平與垂直讀值的差異圖 1 接收天線為水平極化方向圖 2接收天線為垂直極化方向說明：1. 這 是 Modem&Telephone 的產(chǎn) 品， 讀者 可以 很 明顯 地看 出來，天線水平時的噪聲和垂直時的噪聲有很大的差異，那么這其中代表了什么意義呢？分析討論要清楚的認(rèn)識這個問題，首先必須要了解天線的基本理論，我們先假設(shè)發(fā)射與接收天線皆為偶極天線。發(fā)射天線接收天線上圖為當(dāng)發(fā)射

4、天線與接收天線同方向時，由于所產(chǎn)生的電磁波極化相同，故此時接收天線可得到最大的共振接收強度發(fā)射天線接收天線當(dāng)發(fā)射天線與接收天線不同方向時，則由于發(fā)射天線的電磁波為水平極化，而接收天線的電磁波為垂直極化，故在共振接收的強度上最小。以上述這個觀念來分析水平與垂直噪聲的強度差異，當(dāng)接收天線為水平時噪聲強度較高，可以推測此噪聲來源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的水平線所造成，而當(dāng)接收天線為垂直時噪聲強度較高，可以推測此噪聲來源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的垂直線所造成，也就是從天線共振的角度去思考問題，把產(chǎn)品的輻射源也想象成一假想的天線，那么在相同方向其所造成的共振效應(yīng)會最大。以這個觀點來看問題有時往往很快能找到問題的重點

5、，尤其是一些比較復(fù)雜的產(chǎn)品其內(nèi)部及外部皆有許多導(dǎo)線、連接線的產(chǎn)品，如果能先以水平、垂直的讀值做初步的分析，則比較不容易誤判造成噪聲的機制。實例二水平與垂直讀值的差異圖3圖4差異：1. 圖3是接收天線為水平極化方向。2. 圖4是接收天線為垂直極化方向。說明：1. 此為CCD的產(chǎn)品，這兩張圖不同于實例四是垂直噪聲的讀值明顯比水平噪聲高。分析討論關(guān)于水平與垂直噪聲的判斷，筆者在此再做更詳細(xì)的說明，水平噪聲較高，一般必須注意在待測桌上水平部份較長的線以及產(chǎn)品內(nèi)部水平部份的線，而垂直噪聲如果是比水平噪聲高，那么就必須考慮在垂直方向的線，是否造成輻射的問題，而通常最容易被忽略的就是AC電源線，因為AC電源

6、線一般皆沿桌面下垂，所以當(dāng)AC電源線被耦合到噪聲，則會使得天線在垂直方向噪聲增大，但是因為AC電源線無法拔掉來判斷噪聲是否存在，所以不容易很快判斷。在此 介紹 二 種方 法以 供讀 者使 用，對 于 低頻 的噪 聲 ( 小 于 200MHz) 可以用 數(shù)個 Core 夾上 ，看 噪聲 是否 降低 ，如 果噪 聲降 低則 表示 噪 聲是由電源 線所 輻射 出來 ，對 于高 頻的 噪聲 ( 大于 200MHz) 則可 將電 源 線位置改變或左右搖動，看噪聲是否有變大或變小，如果噪聲會隨線的位置而改變，那么便表示噪聲是由電源線所輻射出來。另外由于產(chǎn)品所造成的噪聲頻率點往往不只一點，而各點可能由不同的

7、 輻射 機制 所造 成 ，所 以可 以針對單一點的噪聲將頻譜分析儀的頻寬展開，然后天線轉(zhuǎn)成水平及垂直來比較， 這個方法看似簡單， 但對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)與產(chǎn)品，其內(nèi)部及外部連接了許多排線，通?？梢杂行У劓i定問題的范圍。筆者亦曾經(jīng)處理過一件拖延甚久的案子，由于其在OPENSITE 測試時 ，垂 直讀 值明 顯高 過水 平讀 值 10dB 以 上 ，且 當(dāng)人一 靠近 機器 噪 聲亦明顯降低，針對這兩個現(xiàn)象來思考，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一短的垂直電纜線連接上下機體造成，當(dāng)問題找到確定后，再做適當(dāng)?shù)膶Σ邔⑹欠浅Ｓ行?。也許讀者會問，水平和垂直噪聲的讀值一樣高則如何來判斷，若碰到這種情形，通常表示噪聲源非常強，故內(nèi)部的

8、各種導(dǎo)線很容易受到耦合，例如使用某些噪聲較強的IC或CPU，這時因為噪聲能量較大，往往要 從電 路板 內(nèi)部 與 組件 的 Lay -out 、 Placement 及 Ground 來 下手 ，當(dāng)然對策方法不止一種，診斷的方法也不只一種，可以用其它方法再仔細(xì)的分析問題。為 使讀者能夠由實例中了解，筆者亦選取下列數(shù)例以幫助讀者更了解及運用。電源線的判斷圖 (a)圖()b圖 (a) 為 Desktop PC的噪 聲輻 射結(jié) 果 ，而 圖 (b) 則 為 在 AC Power 電源線加 上數(shù) 個 Core 。電源線的判斷圖 (c)圖 ( d)圖 (c) 為 Desktop PC在 300-500MH

9、z 的 噪聲 輻射 結(jié)果 ，而 圖 (d) 則為 改變 AC Power 電 源線 的形 狀 ，結(jié) 果噪 聲有 明顯 的差 異 。單點噪聲的判斷圖 (e)圖 ( f )圖 (e) 為將 頻譜 分析 儀的 Span 降低 ，單 獨看 172MHz的 噪聲 ，此時天線 為水 平的 方 向， 而圖 (f) 則為 同 一角 度， 將天 線轉(zhuǎn) 成垂 直來 看 ，比較二者的差異便可以知道主要為水平線輻射所造。三 . 最大角度判斷技巧在EMI測試時，除了天線要測試水平與垂直二個極化方向外，待測物的桌子并且要旋轉(zhuǎn)360度，記錄最大的噪聲讀值，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)噪聲無法符合時，除了先判斷水平和垂直噪聲的差異外，便是要將

10、待測物旋轉(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在某一個角度最大，而此時待測物面向天線的位置，往往是造成輻射的來源，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)分析問題。實例三最大角度的判斷圖5圖6差異：1. 圖5是待測物正面對向接收天線。2. 圖6是待測物側(cè)面對向接收天線。說明：1. 這兩張圖是待測物面對接收天線不同的角度，由于角度的不同，很明顯地噪聲的強度也有很大的差別。分析討論比較上兩圖，由于待測物面對天線的位置不同，則噪聲強度明顯的不同，這也說明了噪聲源是在產(chǎn)品的某一部份，亦即靠近天線最大時的位置部份必須仔細(xì)分析診斷。這個判斷方法也是如前一樣，可能

11、會遇到不管桌子是轉(zhuǎn)在那一個角度，噪聲強度皆是一樣高，如果碰到這種產(chǎn)品，一般而言是較難處理的，因為待測物的每一個方向噪聲皆一樣強，表示此噪聲源已將機器內(nèi)的每一部份皆感染，處理這一類機器的EMI問題，通常要花一些時間，有時則要使用金屬彈片、銅箔或噴導(dǎo)電漆來抑制噪聲。最大角度的判斷圖 (g)圖( )h圖 (g) 為 將 PC待測 物轉(zhuǎn) 到最 大角 度，而 圖 (h) 則為 用手按前 面 噴導(dǎo) 電 漆的塑料殼，結(jié)果噪聲明顯降低，故表示要加強導(dǎo)電漆與金屬鐵殼的密合導(dǎo)通效果。最大角度的判斷圖 (i)圖 ( j)圖 (i) 為 將將 PC待 測物 轉(zhuǎn)到 最大 角度 ，而 圖 (j) 則 為用銅 箔貼 在面

12、對天線的PC前緣外殼上，結(jié)果噪聲明顯降低，故表示要加強該處的屏蔽密合效果。四 . Common mode 與 Differential mode的判斷技巧關(guān)于 Common mode和 Differential mode的分 析，相信 只要 接 觸過電 磁干 擾 理 論 的讀 者都 略知 一 二 ， 許 多 書中 也強 調(diào) Commonmode和Differentialmode的重 要 ，并 有 詳盡 的 圖解 說明 其分 別造 成的 機制 ，有的文章甚且長篇大論分析了一大堆理論，看了之后對 Common mode和 Differential mode是 了解 許多 ，但 是對 于如 何 應(yīng)用

13、與判斷，可能還是有霧里看花，摸不著頭緒的感覺。這主要的原因便是缺少實際測試圖形的配合分析，因此筆者將重點放在實際應(yīng)用分析來說明 Common mode和 Differential mode。實例四共模與異模的判斷圖7圖8差異：1. 圖7是含有共模和異模噪聲的 CCD產(chǎn)品。2. 圖8是待測物電源關(guān)閉后的背景噪聲。說明 ：1. 這兩張圖是比較共模和異模的判斷。分析討論圖7是一般測試時最常見到的噪聲頻譜圖形，在此我們做一詳細(xì)的 分析 。 首 先 看整 個頻 帶的 基線 (Base line)， 其 特 性為 一寬 帶 的噪聲，比較圖8為機器關(guān)機時頻譜分析儀的圖形，愈高頻基線愈高是因加了天 線因 子

14、(AntennaFactor)的原 因，亦 即高 于圖 8 基線的 整 個寬帶噪聲 ，我 們可 以視 為Commonmode的 噪聲 ，而 其 上一支 支單 獨 的噪聲 可 以 視 為 Differential mode噪 聲 。 將 噪聲 分 布 情 形 分 成Commonmode和 Differentialmode 的 作用 為何 ，主 要便 是要 判斷 其分 別 造成的輻射來源機制，如此幫助找到問題點及對策的方法。造成Common mode 的原 因主 要是 接 地 (Ground)與 屏蔽 (Shield)，也就是 當(dāng)發(fā) 現(xiàn)Common mode的 噪聲 非常 高 時，則 要先 考慮

15、產(chǎn)品 內(nèi) 的接地與屏 蔽的 問題 。 而 造 成Differential mode的原 因則 主要 是 線的問題， 包括 電路 板上 的 trace 線 、產(chǎn) 品 內(nèi)部 的各 種導(dǎo) 線及 外部 的連 接線，故要從各各在線來找出問題，能夠從這兩個方面先把問題厘清，對于深入細(xì)部的修改是很有幫助的。為使讀者能更清楚認(rèn)識與運用這個觀念，筆者再以下例詳細(xì)說明實例五共模的分析圖9圖10差異：1. 圖9是一次側(cè)接地和二次側(cè)的地連接在一起。2. 圖10是將一次側(cè)接地和二次側(cè)的地分開。說明 ：1. 此為切換式電源供應(yīng)器的產(chǎn)品，這兩張圖是說明不同接地方式所造成的影響。實例六異模的分析圖11圖12差異：1. 圖11

16、是傳真機接上電話線。2. 圖12是傳真機的電話線取下。說明 ：1. 這兩張圖是說明因為外接線所造成異模輻射的效應(yīng)。分析討論關(guān)于共模和異模的分析，在實際的產(chǎn)品噪聲輻射中，往往是相互混合的，有時無法單純的將其分成共模和異模，這點在對策考慮時也必須做多方的判斷，以噪聲能量的觀點來看，當(dāng)噪聲能量大多分布在 Ground 上， 則此 時在 頻 譜儀 上則 會看 到 Broadband 的 噪聲 明顯 升高 ，若噪聲 能量 大多 分布 在 Trace 上 ，則 此 時在 頻譜 儀上 會看 到Differentialmode的 Narrowband噪 聲 會增 加。Gr o un dT r a c eVN=

17、 INRGVNINAT LTAn t e nn a但是 在實 際電 路板 上，噪 聲的 能量 是 同時 會分 布在 Ground 和 Trace上 ， 所 以 當(dāng) Ground的面 積加 大 (R G減 小 ) 或 Ground 的噪 聲 減 小 (I N減小 ) ，不 僅Common mode的 輻射 可降 低， 同時 Differentialmode 也會隨之降 低，因 為原 先 在 Trace 上噪 聲的 能 量一 部份 可被 Ground 所 吸收 ，而 將 Trace 的 路徑 減短 或面 積減 小， 則 除了 降低 Differentialmode的 噪聲 外， 因 為輻 射的 天

18、線 減小 后， 相對 地 Ground 噪 聲藉 Trace 所輻射的量自然也就比較小，因此這二者之間往往存在著相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。對于這個觀念必須能夠清楚地了解與認(rèn)識，這一點在電路板的Layout 與對 策上 是非 常 重要 的，也 就是 對噪 聲的 防制 要能 夠有 整 體的認(rèn)識，而非單獨針對幾個組件下對策。事實上，從許多的例子可以看到，只 是單 純在 Crystral 上加 一 些電 阻、電 容 和電 感 (Bead) ，通 常無法有效 地去 抑制 噪聲 噪 聲，下 面這 個例 子即 是實 際在 Terminal產(chǎn)品 上針對 Oscillator對策 的 電路 圖上述的范例在早期一直被一些對

19、策人員視為秘籍，許多初學(xué)者看到后總覺得如獲至寶，像上例為了抑制噪聲，共使用了三個電容、四個電感和一個電阻，工程可謂浩大，但是否表示就可以有效抑制噪聲的輻射，答案是否定的。這也是許多R&D工程師剛開始遇到EMI困擾時，總是信心滿滿認(rèn)為只要在適當(dāng)?shù)牡胤郊由蠟V波對策即可，結(jié)果花了許多時間卻一直不能放棄噪聲而感到困擾與挫折。這是因為沒有對噪聲的特性先做一評估，又缺少EMI整體對策的觀念，所以有時低頻噪聲抑制下來，結(jié)果高頻卻 又無 法符 合， 或 者 120MHz 噪聲 減低 ，但 160MHz噪 聲卻 又 升高 ，如此反反復(fù)覆是非常耗時的。五 .Harmonic 諧波的判 斷技巧大部份噪聲測試的頻譜圖

20、，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?？捎善渑袛嘣肼暤膩碓?。實例七諧波的分析圖13圖14差異：1. 圖13是使用 28MHz的 CCD產(chǎn)品，經(jīng)過除頻后為 14MHz。2. 圖14是使用 14MHz的無線麥克風(fēng)的產(chǎn)品。說明 ：1. 這兩張圖是介紹諧波分析的技巧，計算一支支等距噪聲的頻率差。分析討論計算 每一 支 等距 噪聲 差為 14MHz，此 表示 出有 一個 14MHz的 Clock 信號所 造成 ，或 者是 經(jīng) 過除 頻后 有 14MHz的 信號 產(chǎn)生 。 由 于在 電路 板上往往 會使 用數(shù) 個不 同 頻率 的 Crystal ，以 致有 時無 法判

21、 斷是 那一 個Crystal所造成，利用這個方法有時可以很快的確定是那一個Crystal造成，然后再做對策，如此可省除逐一拆除Crystal判 斷，或者在電路板上逐一割線判斷的麻煩。六 . 噪聲點展開的判 斷技巧除了使用諧波的觀念來判斷噪聲的來源外，尚可將噪聲點展開 來 判 斷 ，也 就 是 將 頻譜 分析儀 的 Span 減小 ，然后研 究造 成的 機制 。實例八噪聲展開的分析圖15圖16差異：1. 圖15是 TV Game由30-300MHz的噪聲輻射。2. 圖16是將其中較高的噪聲展開。說明 ：1. 這兩張圖是介紹噪聲展開分析的技巧。分析討論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引 起噪 聲干 擾 ，通 常頻 譜分 析儀 設(shè)定 由 30MHz測 到 300MHz，如 此 可以很快看出有那些噪聲無法符合，但是因為頻寬設(shè)定太大，故噪聲幾乎都是一 支一 支的 狀態(tài) 顯 現(xiàn)，如 果我 們將 頻 譜的 Span 減小 ，此時 便 可發(fā)現(xiàn)展開