數(shù)字機(jī)頂盒電磁抗干擾的設(shè)計(jì)技巧

1、數(shù)字機(jī)頂盒電磁抗干擾的設(shè)計(jì)技巧(深圳市兆馳股份有限公司， 廣東 深圳518026)摘要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，改善了人們的生活。然而各種電子產(chǎn)品在使用時(shí)由于需要使用電源，需要進(jìn)行各種解碼，因此必定會(huì)產(chǎn)生各式各樣電磁干擾。要使得本機(jī)能正常工作，必須在設(shè)計(jì)之初就充分考慮到產(chǎn)品的電磁抗干擾的問題。通過對dvbt機(jī)頂盒電磁抗干擾現(xiàn)象的具體分析，有針對性地通過改進(jìn)電路設(shè)計(jì)、增強(qiáng)接地和屏蔽措施，修改pcb layout，有效地提升系統(tǒng)對電磁干擾的承受能力，達(dá)到所銷往目的國的電磁抗干擾標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)鍵詞：電磁兼容emc; 電磁抗干擾ems; 模電壓抗干擾測試; 屏蔽效能測試引言隨著電子技術(shù)的飛

2、速發(fā)展，各式各樣電子產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。越來越多的電子產(chǎn)品應(yīng)用，必然導(dǎo)致它們在其周圍空間電磁場電平的不斷增加，使得設(shè)備周圍的電磁環(huán)境處于持續(xù)惡化的過程中。因此必須解決電子產(chǎn)品、設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力，使得電子產(chǎn)品、設(shè)備與其他設(shè)備聯(lián)系在一起的時(shí)候，不會(huì)引起該產(chǎn)品、設(shè)備任何部分的工作性能下降和惡化。隨著世界上各個(gè)國家模擬電視逐漸被數(shù)字電視取代的今天，越來越多的機(jī)頂盒(set top box，stb)走進(jìn)千家萬戶。作為重要的接收和轉(zhuǎn)換中間設(shè)備，數(shù)字機(jī)頂盒為了解碼高清節(jié)目，工作頻率越來越高，機(jī)內(nèi)同時(shí)存在大量的dc/dc開關(guān)電源模塊、高速數(shù)據(jù)處理器（dsp）、高清數(shù)字輸出接口，處理不

3、當(dāng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不正常工作，導(dǎo)致影響最終的觀看效果。因此對于dvb機(jī)頂盒應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)考慮其電磁兼容性（emc）。它要求電子設(shè)備具有2方面的能力：一是在預(yù)期的電磁環(huán)境中正常工作；二是對所在的電磁環(huán)境中不是一個(gè)污染源。1dvb數(shù)字機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)對于dvb數(shù)字機(jī)頂盒，其大體是由解碼板、電源板、面板（及電路）等電路模塊構(gòu)成。其通過tuner端子收取當(dāng)?shù)氐碾娨曅盘柌⒔?jīng)過解調(diào)和解碼芯片（dsp）的處理，解碼出音視頻的信號，并經(jīng)過輸出端子輸出到電視等終端。其框圖如圖1所示。圖1數(shù)字機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)框圖2dvb數(shù)字機(jī)頂盒目前所執(zhí)行的電磁抗干擾標(biāo)準(zhǔn)dvb數(shù)字機(jī)頂盒在歐共體需要符合的標(biāo)準(zhǔn)是：en55020:聲音

4、和電視廣播接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備抗干擾特性限值和測試方法1。一般來說，在中國是按照gb9383標(biāo)準(zhǔn)，中國標(biāo)準(zhǔn)一般會(huì)參照歐洲的標(biāo)準(zhǔn)；如果產(chǎn)品銷售的對象是美國，那么電磁兼容的設(shè)計(jì)就應(yīng)當(dāng)以fcc part 20的要求作為依據(jù)。對應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)dvb機(jī)頂盒，所采用的抑制電磁抗干擾的應(yīng)對措施也有所不同，下面就歐洲的高清機(jī)頂盒hd dvbt為例進(jìn)行重點(diǎn)闡述。3按照預(yù)期符合歐共體en55020標(biāo)準(zhǔn)要求在設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)聲音和電視廣播接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備抗干擾特性限值和測試方法的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)編號為en55020：2002+a1:2003+a2：2005+is1：2007+is2：2007。en55020主要是針對視聽產(chǎn)品和

5、類似設(shè)備對電磁能的抗干擾的能力，保障電子產(chǎn)品不受其他產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁能量影響并正常工作。其測試代號和項(xiàng)目有抗靜電實(shí)驗(yàn)（esd）、電快速瞬變（eft）和s1s5。s1s5的定義如表1所示。表1en55020測試代號和項(xiàng)目測試代號測試項(xiàng)目s1天線輸入端差模電壓抗干擾s2a射頻電壓抗干擾s2b天線輸入端射頻電流抗干擾s3輻射抗干擾s4天線端的屏蔽效能s5脈沖調(diào)制波抗干擾在實(shí)際設(shè)計(jì)和測試的過程中，比較困擾的是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)s1和s4不能過，下面就這2個(gè)項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)型進(jìn)行詳細(xì)的探討：3.1天線輸入端差模電壓抗干擾測試s13.1.1對s1的描述和標(biāo)準(zhǔn)該項(xiàng)測試適用于帶有外接天線端子的聲音和電視廣播接收機(jī)產(chǎn)品

6、。通過信號發(fā)生器對受試設(shè)備的外接天線端子以傳導(dǎo)的方式注入特定頻率點(diǎn)的差模干擾信號，測試受試設(shè)備天線輸入端的抗干擾能力。s1的測試包含2部分，分別是抗臨頻測試（這部分的指標(biāo)要求比nodig的底很多，因此數(shù)字機(jī)頂盒一般沒有問題）和抗干擾測試。天線輸入端差模電壓抗干擾限值，如表2（無用信號在tv頻段外的電視接收機(jī)內(nèi)部抗擾度）。表中的n表示有用信號，其中n1是vhfl頻段的任一頻點(diǎn)，n3是vhfh的任一頻點(diǎn)。3.1.2抗干擾測試的測試數(shù)據(jù)、分析和解決方法圖2是一款采用nxp數(shù)字硅高頻頭的機(jī)頂盒在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測試的數(shù)據(jù)，其中在29.33 mhz至30 mhz之間，抗干擾的能力離標(biāo)準(zhǔn)的要求差1 db左右。圖

7、2一款采用nxp數(shù)字硅高頻頭的機(jī)頂盒s1抗干擾測試數(shù)據(jù)表2s1：抗干擾測試限值wantedchannel :n unwanted signalf /mhzlevel db(uv)n1(75 )typen126 to 3089en11126 to 30104enote : the limits for the wanted chanel n1 apply also to the wanted channel n111 when band ii is used for systems dsecam,ksecam.在不影響機(jī)頂盒性能的情況下，根據(jù)信號通路的路徑和電容越小通過的頻率越高的特性2，將圖3

8、中耦合輸入電容c99的容值減小，由原來的1 000 pf減為120 pf。再測試，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)剛剛臨界，沒有余量。于是翻閱資料，發(fā)現(xiàn)事實(shí)上由于許多ic線性度性能的限制，需要在rf輸入端加入一個(gè)陷波濾波器3來濾除以28 mhz為中心點(diǎn)，帶寬為4 mhz（2630 mhz）的窄帶信號，來保證測試通過。于是增加了濾波電路，如圖3所示。圖3針對s1的抗干擾測試在rf輸入端增加的濾波器電路此電路經(jīng)過電路仿真和實(shí)際測試，對2630 mhz的信號有大約15 db的衰減，同時(shí)在100 mhz的衰減只有0.4 db左右，因此對接收機(jī)低端靈敏度的影響很小，可以忽略不計(jì)。加裝濾波器電路的機(jī)器經(jīng)過測試，順利的通過了測試，

9、并且有6 db的余量，同時(shí)不影響機(jī)器的接收性能。3.2天線端的屏蔽效能s43.2.1對s4的描述和測試標(biāo)準(zhǔn)該項(xiàng)測試是評價(jià)受試設(shè)備天線端的屏蔽效能。干擾信號通過吸收鉗耦合到天線端的屏蔽層（地線）及天線端本身2種途徑注入到被測設(shè)備，干擾分別通過吸收鉗和天線端本身注入到被測設(shè)備所經(jīng)過的路徑損耗之差就是天線端的屏蔽效能。更具體的講，是入射到屏蔽層的電磁場幅度與穿透屏蔽層傳輸?shù)碾姶艌龇戎取Φ孛骐娨暯邮諜C(jī)的屏蔽效能的限值為50 db。3.2.2屏蔽效能s4的測試數(shù)據(jù)圖4是一款高清數(shù)字機(jī)頂盒在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測試的數(shù)據(jù)，從測試結(jié)果看，只有低頻段205.5 mhz通過測試，并且余量也只有0.6 db，中高頻段

10、都沒有通過測試，需要至少6 db的屏蔽增強(qiáng)改進(jìn)。圖4高清數(shù)字機(jī)頂盒s4的測試數(shù)據(jù)3.2.3對s4測試數(shù)據(jù)的分析如果數(shù)字機(jī)頂盒的rf輸入線沒有采用屏蔽線，則外界的輻射干擾很容易耦合到導(dǎo)線上，產(chǎn)生干擾電流，并帶到屏蔽殼上，并進(jìn)而耦合到內(nèi)部電子電路上4。假如使用良好的屏蔽線，則外部電磁干擾，只會(huì)存在于屏蔽殼的外部，而不會(huì)干擾到內(nèi)部電路。而如果屏蔽線與屏蔽殼結(jié)合不緊密，則干擾電流還會(huì)進(jìn)入到屏蔽殼的內(nèi)部，是屏蔽效能降低。反之，除非電纜屏蔽層邊緣與外殼相連，外殼內(nèi)部的噪聲電流也會(huì)沿著屏蔽層流出外殼。3.2.4對數(shù)字機(jī)頂盒設(shè)計(jì)的改進(jìn)（1） pcb布線的改進(jìn)。將射頻輸入線與敷地之間的間隔加大57，至少有1 m

11、m的間隔，這樣可以減少射頻先與地線之間的耦合，因?yàn)榈鼐€與屏蔽殼是連在一起的，因此可能會(huì)導(dǎo)致信號線中的干擾信號向外輻射。具體要更改的地方如圖5所示。圖5pcb layout針對機(jī)頂盒s4測試數(shù)據(jù)的改進(jìn)（2） 屏蔽殼的設(shè)計(jì)改進(jìn)。如前所述，最有效的方法是改進(jìn)屏蔽殼的密閉性，是輸入電纜的屏蔽層與機(jī)頂盒的屏蔽殼緊密相連，同時(shí)保證屏蔽殼是一個(gè)完整的密閉體。然而實(shí)際操作來說，對于硅高頻頭on board設(shè)計(jì)，鑒于成本的設(shè)計(jì)，只能盡量接近理想的要求。具體的改法是把過孔式的屏蔽殼裝配的時(shí)候手工在焊接面把屏蔽殼露出腳位扭十字固定，并且在元件面的pcb上沿著屏蔽殼的正下面敷地并露銅810，在過波峰焊的時(shí)候保證其腳位焊接良好。具體的更改如圖6所示。圖6屏蔽殼針對機(jī)頂盒s4測試數(shù)據(jù)的改進(jìn)經(jīng)過上述的更改，機(jī)頂盒順利地通過了測試，并且有5 db的余量。4結(jié)語en55020用于判定產(chǎn)品的抗干擾特性，主要是引入信噪比作為性能判定依據(jù)。此外，標(biāo)準(zhǔn)中的s1，s2，s4