機(jī)車無(wú)線通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談

1、埃迪森設(shè)計(jì) 品牌顧問(wèn)天津市河北區(qū)新大路185號(hào)電話 02226237697機(jī)車無(wú)線通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談 作者：李學(xué)沖【摘要】在電磁兼容設(shè)計(jì)研究中，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有4139C機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱4139C）電磁兼容試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果做一定的分析總結(jié)，為以后相關(guān)產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)在基礎(chǔ)和關(guān)鍵點(diǎn)上提供一些可實(shí)施的設(shè)計(jì)思考方向。需要說(shuō)明的是，本次4139C電磁兼容試驗(yàn)個(gè)體研究目的是為今后的相關(guān)電磁兼容設(shè)計(jì)工作提供一個(gè)設(shè)計(jì)思考方向，并不是要總結(jié)一個(gè)可以進(jìn)行套用的“設(shè)計(jì)公式”。關(guān)鍵字： 干擾 騷擾 屏蔽 濾波 可靠接地一、 概述：本次試驗(yàn)分析以4139C電磁兼容試驗(yàn)為例進(jìn)行展開(kāi)。目的是通過(guò)4139

2、C電磁兼容試驗(yàn)積累的經(jīng)驗(yàn)，使大家對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)有一個(gè)較實(shí)際的認(rèn)識(shí)，為以后相關(guān)產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)提供參考。1. 4139C要求的電磁兼容試驗(yàn)主要包括以下幾項(xiàng)： A、靜電放電試驗(yàn) B、電快速瞬變脈沖群抗擾度 C、傳導(dǎo)騷擾、抗擾D、輻射騷擾、抗擾E、浪涌本次試驗(yàn)未能涉及全部試驗(yàn)，僅做了A、B項(xiàng)及C、D項(xiàng)中騷擾部分。2. 試驗(yàn)設(shè)備的最佳狀態(tài)：依據(jù)設(shè)備特性選擇（主要標(biāo)準(zhǔn)為最能夠體現(xiàn)設(shè)備干擾特性或抗干擾特性的工作狀態(tài)），如4139C的測(cè)試狀態(tài)分為450MHz發(fā)射和800MHz發(fā)射。電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果分為A、B、C、D級(jí)，不同產(chǎn)品有不同要求。A級(jí)要求最嚴(yán)，D級(jí)為不合格3. 4139C設(shè)備組成：主機(jī)（A子架、B子

3、架）、CIR操作顯示終端（以下簡(jiǎn)稱MMI）、送受話器、打印機(jī)、揚(yáng)聲二、 試驗(yàn)過(guò)程：1靜電放電試驗(yàn)：11 靜電放電使用設(shè)備： 靜電放電發(fā)生器：由靜電發(fā)生器，靜電槍組成。12靜電放電的類型： 靜電放電主要分為接觸放電和氣隙放電，每種放電形式又分為正極性放電和負(fù)極性放電。接觸放電測(cè)試范圍及方式：人體能夠接觸到的設(shè)備各點(diǎn)。靜電槍（探針頭）與測(cè)試設(shè)備接觸后進(jìn)行放電。氣隙放電測(cè)試范圍及方式：設(shè)備所有組合縫隙和固定螺釘位置。靜電槍（圓頭）逐漸接近測(cè)試設(shè)備直到電火花釋放到設(shè)備殼體上。 13案例: 4139C靜電放電試驗(yàn)過(guò)程記錄如下： 實(shí)驗(yàn)方式為使用靜電槍對(duì)設(shè)備進(jìn)行靜電放電，主要分為接觸放電正、負(fù)6000V和氣

4、隙放電正、負(fù)8000V。設(shè)備原始實(shí)驗(yàn)狀態(tài)：接觸放電實(shí)驗(yàn)：所有放電位置MMI均出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)現(xiàn)象。間隙放電實(shí)驗(yàn)：所有放電位置MMI均出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)現(xiàn)象。打印機(jī)出現(xiàn)前面板綠色燈滅。措施：將主機(jī)接地線改為前面M5內(nèi)六角螺釘串接固定、MMI重新接地，萬(wàn)用表測(cè)量電阻值均為0.2歐，屏抖現(xiàn)象依然存在但有所好轉(zhuǎn)。將A、B子架M5螺紋孔處法蘭盤位置噴涂絕緣層去除后測(cè)試，MMI屏抖消失，但打印機(jī)死機(jī)現(xiàn)象存在。將打印機(jī)拆開(kāi)后檢查，自制打印機(jī)印制板在綠燈熄滅后工作正常。結(jié)論：4139C主機(jī)結(jié)構(gòu)分為A、B子架和外機(jī)柜，A、B子架為型材機(jī)箱，組裝后插入外機(jī)柜，使用M5內(nèi)六角螺釘固定。外機(jī)柜為型材插板拼接結(jié)構(gòu)，原接地端子預(yù)留

5、在外機(jī)柜后面板上?，F(xiàn)在后面板為單一插板能夠?qū)崿F(xiàn)和主機(jī)整體導(dǎo)通，但不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備上各點(diǎn)可靠接地。靜電釋放到設(shè)備上后由于沒(méi)有良好的釋放通路導(dǎo)致設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)受到干擾。如出現(xiàn)了MMI屏幕抖動(dòng)。打印機(jī)死機(jī)初步認(rèn)為是靜電干擾打印機(jī)芯本身芯片造成，打印機(jī)芯未做電磁兼容保護(hù)設(shè)計(jì)。啟示：設(shè)備導(dǎo)電良好不能等同于能夠?qū)崿F(xiàn)可靠接地，接地的可靠性只能通過(guò)試驗(yàn)的方式確定，通過(guò)測(cè)量電阻阻值是不能說(shuō)明問(wèn)題的。在今后的電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)接地點(diǎn)應(yīng)盡量避免預(yù)留在拼接結(jié)構(gòu)、非主體結(jié)構(gòu)件上。有噴漆要求的時(shí)候應(yīng)在接地位置預(yù)留足夠大的導(dǎo)電面積。盡可能的增加結(jié)構(gòu)本身導(dǎo)通程度，盡可能加大接地導(dǎo)線截面積，必要時(shí)可以考慮使用導(dǎo)電材料進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。2電

6、快速瞬變脈沖群抗擾度：21電快速瞬變脈沖群抗擾度使用設(shè)備： 電快速瞬變脈沖群抗擾度使用設(shè)備包括電容耦合夾和群脈沖發(fā)生器。22電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試類型： 主要分為電源線脈沖群抗擾和控制（信號(hào)）電纜脈沖群抗擾，兩項(xiàng)測(cè)試均分為正極性和負(fù)極性。 電源線測(cè)試方式：將電源輸入電纜用電容耦合夾固定后，使用群脈沖發(fā)生器對(duì)夾好的電源電纜附加脈沖群干擾。 控制（信號(hào)）電纜測(cè)試方式：將控制（信號(hào)）電纜用電容耦合夾固定后，使用群脈沖發(fā)生器對(duì)夾好的控制（信號(hào)）電纜附加脈沖群干擾。23案例 4139C電快速瞬變脈沖群抗干擾試驗(yàn)過(guò)程記錄如下： 設(shè)備組成（主機(jī)）（MMI）（送受話器）揚(yáng)聲器電源線脈沖群測(cè)試：±

7、2000V脈沖群MMI出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)現(xiàn)象，送受話器聽(tīng)筒中有嗒嗒聲控制電纜脈沖群測(cè)試：±2000V脈沖群MMI出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)現(xiàn)象，送受話器聽(tīng)筒中有嗒嗒聲。使用蛇皮控制電纜后屏抖消失，有嗒嗒聲。措施及效果：MMI接地線加粗、主機(jī)接地更改為A、B子架串接接地后，電源線脈沖群試驗(yàn)屏抖消失，送受話器聽(tīng)筒中有嗒嗒聲?？刂齐娎|脈沖群試驗(yàn)屏抖減輕，送受話器聽(tīng)筒中有嗒嗒聲。繼續(xù)增加措施，主機(jī)B子架電源輸入增加濾波器、MMI輸出輸入接口處均增加三端濾波電容后不良現(xiàn)象均消失。結(jié)論及分析：分析脈沖群干擾與輻射干擾具有一定的關(guān)聯(lián)性，對(duì)接地的可靠性要求較高。當(dāng)接地不好，干擾信號(hào)到達(dá)殼體后瞬間積存，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速良好泄

8、放到大地，導(dǎo)致設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)受到干擾。電源線和信號(hào)線增加濾波措施也是十分必要的。如MMI端增加濾波電容、主機(jī)B子架電源入位置增加濾波器后阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入設(shè)備的通路，從而MMI屏抖消失。3電源線傳導(dǎo)騷擾、空間輻射騷擾：31電源線傳導(dǎo)騷擾、空間輻射騷擾測(cè)試使用設(shè)備： 頻譜儀、放大器、探測(cè)頭、屏蔽室、電腦（測(cè)試軟件）、雙錐天線、對(duì)數(shù)周期天線、高通濾波器。32電源線傳導(dǎo)騷擾、空間輻射騷擾測(cè)試類型： 電源線傳導(dǎo)騷擾分為正極性和負(fù)極性。 輻射騷擾：通過(guò)架設(shè)雙錐天線、對(duì)數(shù)周期天線（距設(shè)備1.7m）接受設(shè)備對(duì)外輻射。33 案例1）電源線傳導(dǎo)騷擾：電源線的傳導(dǎo)騷擾，150K500K超標(biāo)（正線、負(fù)線）傳導(dǎo)騷擾 負(fù)

9、線傳導(dǎo)騷擾 正線2）輻射騷擾：80M、140150M水平和垂直方向超標(biāo)。傳導(dǎo)騷擾措施：在原有基礎(chǔ)上電源線入前端增加3級(jí)濾波器。電源線的傳導(dǎo)騷擾，通過(guò)。(正負(fù)線)輻射騷擾措施：B子架電源入殼體內(nèi)部增加3級(jí)濾波器后80M和140M150M水平和垂直方向超標(biāo)。使用探測(cè)頭對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行輻射測(cè)試：整體設(shè)備均存在干擾。更換MMI（顯示屏裝配導(dǎo)電膜）現(xiàn)象一致，MMI屏幕干擾有所減輕（效果不明顯），去除MMI控制電纜后除A、B連接電源電纜有干擾外所有干擾均消失，更換A、B連接電源電纜為屏蔽電纜后所有干擾消失，去除送受話器和揚(yáng)聲器連接后從新連接MMI控制電纜后干擾存在，但有所減輕。打開(kāi)MMI后蓋后對(duì)MMI內(nèi)部探

10、頭測(cè)試，發(fā)現(xiàn)MMI工控機(jī)和液晶屏連接電纜（扁平）對(duì)測(cè)試設(shè)備輻射干擾嚴(yán)重。裝好MMI后重新連接送受話器和揚(yáng)聲器干擾恢復(fù)。經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)分析初步認(rèn)為MMI內(nèi)部輻射信號(hào)通過(guò)對(duì)外連接器串入外接電纜中，對(duì)主機(jī)造成影響，主機(jī)體現(xiàn)出的輻射信號(hào)并非主機(jī)自身產(chǎn)生。使用導(dǎo)電布將MMI（顯示屏未裝配導(dǎo)電膜）包裹，對(duì)設(shè)備各單元逐一進(jìn)行探頭測(cè)試，主機(jī)整體干擾較以前測(cè)試結(jié)果有所減輕。在MMI端送受話器插座前端焊接三端1000Pf電容后測(cè)試送受話器通過(guò)。去除導(dǎo)電布開(kāi)蓋檢查液晶屏導(dǎo)電處理方式并將后蓋縫隙用導(dǎo)電布粘貼后合攏進(jìn)行發(fā)射測(cè)試均安全通過(guò)。去除手柄連接通過(guò)更可靠。所以，斷定MMI為干擾源。干擾頻率為工控機(jī)工作頻率的倍數(shù)，因

11、此斷定干擾主要存在于工控機(jī)和液晶屏（干擾頻率可以看出）。更改測(cè)試方式增加所有措施，主機(jī)電源入加濾波器、MMI（縫隙導(dǎo)電處理、對(duì)外接口焊接三端濾波電容）、揚(yáng)聲器、送受話器（螺旋線加磁環(huán)）、各連接電纜均使用屏蔽纜，安全通過(guò)測(cè)試。再去除任何一項(xiàng)措施測(cè)試結(jié)果均惡化。結(jié)論：電源線傳導(dǎo)騷擾與電源濾波關(guān)系密切。4139C內(nèi)置電源濾波電路不起作用，主要原因是濾波電路與電源電路同在一個(gè)殼體內(nèi)，使騷擾信號(hào)在濾波器前端通過(guò)空間輻射對(duì)電源進(jìn)行二次干擾，使用印制板固定孔接地不可靠。最佳效果為電源濾波電路與電源電路應(yīng)獨(dú)立，且電源濾波電路使用導(dǎo)電良好的殼體密封，固定在設(shè)備殼體上。濾波器必須放在電源入的前端,濾波器接地必須良

12、好(濾波器中的共模電容只有在接地時(shí)才能起濾波作用，特別是型濾波器接地不良時(shí)，相當(dāng)于電容和電感并聯(lián)，完全失去了濾波作用)。 輻射騷擾影響方面較多，不好定性，與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)的關(guān)系密切。對(duì)于系統(tǒng)型設(shè)備單一輻射源可以通過(guò)空間耦合對(duì)外連接線、通過(guò)設(shè)備殼體縫隙滲透等方式干擾到相關(guān)聯(lián)的終端，從而給人以假象（騷擾源在其他設(shè)備上）。如4139C在找到MMI為騷擾源前，主機(jī)輻射騷擾嚴(yán)重。輻射騷擾一般是通過(guò)外接電纜表現(xiàn)出來(lái)，原因是常用的電纜在30150MHz頻率要諧振，電纜可以等效為偶極子/接收天線，電纜屏蔽層上流過(guò)的干擾電流能在電纜內(nèi)導(dǎo)線上感應(yīng)出干擾電壓；同理，電纜內(nèi)導(dǎo)體干擾電流的變化也會(huì)在電纜外部引

13、起輻射場(chǎng)。啟示：注意在設(shè)計(jì)有工控機(jī)、液晶屏等輻射源設(shè)備的結(jié)構(gòu)時(shí)一般采用雙層殼體結(jié)構(gòu)，對(duì)主要輻射源單獨(dú)增加屏蔽。接縫盡量避免對(duì)縫結(jié)構(gòu)，盡量加大縫隙疊加面寬度、減小縫隙長(zhǎng)度。必要時(shí)可使用鈹銅指簧密封，盡量縮短殼體內(nèi)外轉(zhuǎn)接線纜的長(zhǎng)度，原因是電纜之間都存在著電磁耦合現(xiàn)象，即串?dāng)_，這樣可以減少相互干擾的可能性。對(duì)外接口上都應(yīng)安裝有濾波連接器或饋通濾波器，原因是電磁騷擾入侵機(jī)箱的主要途徑，除了孔洞和縫隙外，輸入、輸出接口和電源線輸入口也是十分重要的途徑。因?yàn)闄C(jī)箱內(nèi)部的電磁騷擾可以耦合到進(jìn)、出口的導(dǎo)線和電纜上，傳導(dǎo)到機(jī)箱外，造成輻射騷擾；同樣，外來(lái)的電磁騷擾也會(huì)通過(guò)電磁耦合，由這些導(dǎo)線和電纜傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)。電路措施配合結(jié)構(gòu)措施，這樣才能達(dá)到更好的屏蔽效果。輻射騷擾的好壞一定程度上可以反映電快速瞬變脈沖群抗擾的程度。4139C經(jīng)過(guò)針對(duì)輻射騷擾所增加措施后重新測(cè)試脈沖群抗擾，順利通過(guò)。三、 總結(jié)：綜合以上內(nèi)容我們可以看到，設(shè)備良好的電磁兼容設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和硬件電路設(shè)計(jì)人員共同努力的結(jié)果，任何電