電磁干擾(EMI)問題診斷步驟|電磁兼容(EMC)整改步驟介紹：
前言
文章總共5000多字，閱讀完成需要5分鐘左右，電磁干擾的觀念與防制﹐在國內(nèi)已逐漸受到重視。雖然目前國內(nèi)并無嚴(yán)格管制電子產(chǎn)品的電磁干擾（EMI）﹐但由于歐美各國多已實(shí)施電磁干擾的要求﹐加上數(shù)字產(chǎn)品的普遍使用﹐對電磁干擾的要求已是刻不容緩的事情。筆者由于啊作的關(guān)系﹐經(jīng)常遇到許多產(chǎn)品已完成成品設(shè)計(jì)﹐因無法通過EMI測試﹐而使設(shè)計(jì)工程師花費(fèi)許多時(shí)間和精力投入EMI的修改﹐由于屬于事后的補(bǔ)救﹐往往投入許多時(shí)間與金錢﹐甚而影響了產(chǎn)品上市的時(shí)機(jī)。
1、EMI 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
很多初學(xué)者對于EMI設(shè)計(jì)都摸不著頭腦，其實(shí)我當(dāng)初也是一樣，但是在做了幾次設(shè)計(jì)以后，也逐漸有了一些體會(huì)。
首先，對于大腦里面一定要清楚一個(gè)概念－－在高頻里面，自由空間的阻抗是377歐姆，對于一般的EMI中的空間輻射來說，是由于信號的回路到了可以和空間阻抗相比擬的地步，因而信號通過空間“輻射”出來。瞭解了這一點(diǎn)，要做的就是把信號回路的阻抗降下來。
控制信號回路的阻抗，主要的辦法是縮短信號的長度，減少回路的面積，其次是採取合理的端接，控制回路的反射。其實(shí)控制信號回路的一個(gè)簡單的辦法就是對重點(diǎn)信號進(jìn)行包地處理（在兩邊近的距離走地線，尤其是雙面板要特別注意，因?yàn)殡p面微帶模型阻抗有150歐姆，和自由空間布相上下，而包地可以提供幾十歐姆的阻抗），請注意由于走線本身在高頻里面也是有阻抗的，所以好採用地平面或者地線多次接過孔到地平面。我很多的設(shè)計(jì)都是在採用包地以后，避免了時(shí)鐘信號的輻射超標(biāo)。
另外就是要避免信號穿越被分割的區(qū)域，很多工程師信號對地進(jìn)行分割，但有時(shí)候又忘記了，把線布過了這些區(qū)域，結(jié)果造成信號回路繞過很大的區(qū)域，無形中增加了佈線長度。
對于EMI傳導(dǎo)的部分，重點(diǎn)是要用好旁路電容和去藕電容。旁路電容（提供一條交流短路線）一定要以短的連線佈置在晶片電源管腳和地線（平面）上。去藕電容要放在電流需求變化大的地方，避免因?yàn)樽呔€的阻抗（電感），讓雜訊從電源和地線上藕合出去。當(dāng)然，合理串聯(lián)使用磁珠，可以“吸收”（轉(zhuǎn)換成熱能）這些雜訊。電感有時(shí)也可以用來濾除雜訊，但是請注意電感本身也是有頻率響應(yīng)范圍的，而且封裝也決定其頻率響應(yīng)……
以上是一些基本的體會(huì)，對于EMI設(shè)計(jì)來說，需要你真正瞭解你自己的設(shè)計(jì)，什麼地方需要重點(diǎn)照顧，什麼地方出了問題會(huì)是什麼樣的現(xiàn)象，備選方案是什麼，都需要預(yù)先整理好。
2.干擾正確的診斷
要解決產(chǎn)品上的EMI問題﹐若能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初便加以考慮﹐則可以節(jié)省事后再投入許多時(shí)間與金錢。由于目前EMI Design-in的觀念并不是十分普遍﹐而且由于事先的規(guī)劃并不能保證其成品可以完全符合電磁干擾的測試在﹐所以如何正確的診斷EMI問題﹐對于設(shè)計(jì)工程師及EMI工程師是非常重要的。
事實(shí)上﹐我們?nèi)绻袳MI當(dāng)做一種疾病﹐當(dāng)然平時(shí)的預(yù)防保養(yǎng)是很重要的﹐而一旦有疾病則正確的診斷﹐才能得到快速的痊愈﹐沒有正確的診斷﹐找不到病癥的源頭﹐往往事倍功半而拖延費(fèi)時(shí)。故在EMI的問題上﹐常常看到一個(gè)EMI有問題的產(chǎn)品﹐由于未能找到造成EMI問題的關(guān)鍵﹐花了許多時(shí)間﹐下了許多對策﹐卻始終無法解決﹐其中亦不乏專業(yè)的EMI工程師。以往談到EMI往往強(qiáng)調(diào)對策方法﹐甚而視許多對策秘決或絕招﹐然而沒有正確的診斷﹐而在產(chǎn)品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結(jié)果往往只會(huì)使EMI情況更糟。
筆者起初接觸產(chǎn)品EMI對策修改時(shí)﹐會(huì)聽到資深EMI工程師說把所有EMI對策拿掉﹐就可以通過測試。初聽以為是句玩笑話﹐如今回想這是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)談。而后亦聽到許多EMI工程師談到類似的經(jīng)驗(yàn)。本文中將舉出實(shí)際的例子﹐讓讀者更加了解EMI的對策觀念。
一般提到如何解決EMI問題﹐大多說是case by case,當(dāng)然從對策上而言﹐每一個(gè)產(chǎn)品的特性及電路板布線（layout)情況不同﹐故無法用幾套方法而解決所有EMI的問題﹐但是長久以來﹐我們一直想要把處理EMI問題并做適當(dāng)?shù)膶Σ擤o另外也提供專業(yè)的EMI工程師一種參考方法。在此我們把電磁干擾與對策的一些心得經(jīng)驗(yàn)整理﹐希望能對讀者有些幫助。
3.EMI初步診斷步驟
我們提出一套EMI診斷上的參考驟﹐希望用有系統(tǒng)的方式﹐快速的找出EMI的問題。我們并不淮備探討一些理論計(jì)算或公式推演﹐將從實(shí)務(wù)上說明。
當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品無法通過EMI測試﹐首先就要有一個(gè)觀念﹐找出無法通過的問題點(diǎn)﹐此時(shí)千萬不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經(jīng)驗(yàn)的EMI工程師﹐由于修改過許多相關(guān)產(chǎn)品﹐對于產(chǎn)品可能造成EMI問題的地方也非常了解﹐而習(xí)慣直接就下藥方﹐當(dāng)然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也會(huì)遇到很難修改下來﹐后發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵都是起行認(rèn)為不可能的地方﹐之所以會(huì)種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產(chǎn)品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認(rèn)一次﹐甚而多次確認(rèn)。這是因?yàn)樵斐蒃MI的問題往往是錯(cuò)綜復(fù)雜﹐并非單一點(diǎn)所造成。故反復(fù)的做確認(rèn)及診斷是非常重要的。
我們將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關(guān)鍵點(diǎn)﹐這些步驟看來似乎非常平凡簡單﹐不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實(shí)﹐許多資深EMI工程師在其對策處理時(shí)﹐大部份的時(shí)間都在重復(fù)這些步驟與判斷。筆者要再次強(qiáng)調(diào)﹐只有真正找到造成EMI問題的關(guān)鍵﹐才是解決EMI的佳途徑﹐若僅憑理論推測或經(jīng)驗(yàn)判斷﹐有時(shí)反而會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。
電磁兼容(EMC)整改步驟一：
將桌子轉(zhuǎn)到待測（EUT）大發(fā)射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關(guān)掉EUT電源加以確認(rèn)。
由于EMI測試上﹐EUT必須轉(zhuǎn)360度而天線由1m到4m變化﹐其目的是要記錄輻射大的情況。同樣地﹐當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)無法通過測試時(shí)﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收大高度﹐然后將桌子轉(zhuǎn)到差角度﹐此時(shí)我們知道在EUT面對天線的這一面輻射強(qiáng)﹐故可以初步推測可能的原因﹐如此處屏蔽不佳或靠近輻射源或有電線電纜經(jīng)過等。
另外須注意的是要關(guān)掉EUT的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實(shí)是由EUT所產(chǎn)生。曾見測試Monitor一直無法解決某一點(diǎn)的干擾﹐結(jié)果其噪聲是由PC所造成而非Monitor的問題﹐亦有在OPEN SITE測試Monitor發(fā)現(xiàn)某幾點(diǎn)無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應(yīng)是Monitor產(chǎn)生﹐結(jié)果關(guān)掉電源發(fā)現(xiàn)噪聲依然存在﹐所以關(guān)掉EUT電源的步驟是必須的﹐而且通常容易被忽略。
電磁兼容(EMC)整改步驟二 ：
將連接EUT的周邊電纜逐一取下﹐看干擾的噪聲是否降低或消失，若取下某一電纜而干擾的頻率減小或甚而消失﹐則可知此電纜已成為天線將機(jī)板內(nèi)的噪聲輻射出來。事實(shí)上﹐仔細(xì)分析造成EMI的關(guān)鍵﹐我們可以用一個(gè)很簡單的模式來表示。
任何EMI的Source必須要有天線的存在﹐才能產(chǎn)生輻射的情形﹐若僅單獨(dú)存在噪聲源而沒有天線的條件﹐此輻射量是很小的﹐若將其連接到天線則由于天線效應(yīng)便把能量輻射到空間。所以EMI的對策除了針對噪聲源（Source)做處理外﹐重要的查破壞產(chǎn)生輻射的條件----天線。
以往我們常看到談EMI對策離不開屏蔽（Shielding),濾波（Filter),接地（Grounding)﹐對于接地往往一塊電路板多已固定﹐而無法再做處理﹐因?yàn)檫@一部份在電路板布線（Layout)時(shí)就須仔細(xì)考慮﹐若板子已完成則此時(shí)可變動(dòng)的空間就非常小﹐一般方式僅能找出噪聲小的接地處用較粗的地線連接﹐減低共模（Common mode)噪聲。
屏蔽所牽涉的材質(zhì)與花費(fèi)亦甚高﹐濾波的方式則是常可見Bead電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時(shí)候是我們沒有解決其輻射的天線效應(yīng)。一般而言﹐噪聲的能量并不會(huì)因加一些對策組件便消失﹐也就是能量不減﹐ 我們所要做的工作是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測試）或由電源傳出（傳導(dǎo)測試）。
在此我們整理了產(chǎn)生輻射常見的幾種情形供讀者參考：
（1）機(jī)器外部連接之電纜成為輻射天線
由于機(jī)器本身外部所連接的電纜成為天線效應(yīng)﹐將噪聲輻射到空間﹐此時(shí)噪聲的大小和電纜的長度有關(guān)﹐因電纜的天線效應(yīng)相對于噪聲半波長時(shí)共振情形會(huì)大﹐也往往是造成EMI無法通過測試。在解決這個(gè)問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費(fèi)時(shí)間。
（a）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部電路板或接地所產(chǎn)生
此情形為將電纜取下﹐或加一Core則噪聲減低或消失。此時(shí)必須做的一個(gè)步驟是將線靠近機(jī)器（不須直接連接）看噪聲是否會(huì)存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實(shí)判定由機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時(shí)請參考（b）的說明。
（b）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部藕合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。
這一點(diǎn)是許多測試工程師容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要將一條電纜靠近﹐則可從頻譜上看到噪聲立刻升高﹐此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出﹐而是機(jī)器本身的噪聲能量相當(dāng)大﹐一旦有天線靠近則立刻會(huì)藕合至天線而輻射出來。在實(shí)際測試中﹐我們發(fā)現(xiàn)許多通訊產(chǎn)品有這類情形發(fā)生﹐此時(shí)若單純用Core或Bead去處理﹐并不能真正的解決問題。
（2）機(jī)器內(nèi)部的引線﹐連接線成為輻射天線
由于許多產(chǎn)品內(nèi)部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當(dāng)這些線靠近噪聲源很容易成為天線﹐將噪聲輻射出去。針對此點(diǎn)的判斷﹐在200MHz以下之噪聲﹐我們可以在線上加一Core來判斷噪聲是否減低﹐而對于200MHz以上之高頻噪聲﹐我們可以將線的位置做前后左右的移動(dòng)﹐看噪聲是否會(huì)增大或減小。
（3）電路板上的布線成為輻射天線
由于走線太長或靠近噪聲源而本身被藕合成為發(fā)射天線﹐此種情形當(dāng)外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時(shí)﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時(shí)可用探棒測量電路板噪聲強(qiáng)的地方﹐找到輻射的問題加以解決。關(guān)于探測的工具及方法﹐將于后詳細(xì)說明。
（4）電路 板上的組件成為輻射來源
由于所使用的IC或CPU本身在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生很大的輻射﹐使得EMI測試無法通過﹐卵石種情往往在經(jīng)過（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪聲依然存在﹐通常解決的方法不外換一個(gè)類似的組件﹐看EMI特性是否會(huì)好一些。另外就是電路板重新布線時(shí)﹐將其擺放于影響小的位置﹐也就是附近沒有I/O Port及連接線等經(jīng)過﹐當(dāng)然若情況允許﹐將整個(gè)組件用金屬外殼包覆（Shielding)也是一種快速有效的方法。
由以上的分析介紹我們可以了解﹐造成電磁干擾輻射關(guān)鍵的地方就是電線的問題﹐當(dāng)有了適當(dāng)?shù)奶炀€條件存在很容易就產(chǎn)生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應(yīng)的主因 ﹐這是在許EMI對策中容易疏忽的。
電磁兼容(EMC)整改步驟三：
電源線無法移去﹐可在其上夾Core或水平垂直擺動(dòng)﹐看噪聲是否有減小或變化。若產(chǎn)品有電池設(shè)備則可取下電源線判斷﹐如Notebook PC等。
如前所述電源線往往是會(huì)成為輻射天線﹐尤其是Desktop PC類產(chǎn)品﹐往往300MHz以上的噪聲會(huì)由空間藕合到電源線上﹐所以判斷產(chǎn)品的電源線是否受到感染是必須的步驟。由于噪聲頻帶的影響﹐對200MHz以下可用加Core的方式（可一次多加數(shù)個(gè)）判斷﹐對于200MHz以上的噪聲﹐由于此時(shí)Core的作用不大﹐可將電源線水平擺放和垂直擺放﹐看干擾噪聲是否有差別﹐若水平和垂直有很明顯的差別﹐則可一邊擺動(dòng)電源線一邊看頻譜儀（Spectrum)上噪聲之大小有否變化﹐如此便可知道電源線有否干擾。
至于若發(fā)現(xiàn)電源線會(huì)產(chǎn)生輻射時(shí)如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機(jī)器內(nèi)的噪聲減小﹐以避免電源線的二次輻射﹐而使用Shielded線一般對輻射的影響并不大﹐故換一條不同長度的電源線﹐有時(shí)也會(huì)有很好的效果。
由這一點(diǎn)我們可知道﹐除了要使可冊產(chǎn)生輻射噪聲的組件遠(yuǎn)離I/O Port外﹐其也須盡量遠(yuǎn)離電源線及Switching power supply的板子﹐以免藕合到電源線上使得輻射及傳導(dǎo)皆無法通過測試。
電磁兼容(EMC)整改步驟四：
檢查電纜接頭端的接地螺絲是否旋緊及外端接地是否良好，依前三項(xiàng)方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因?yàn)橥高^這些檢查﹐也許不須做任何修改﹐便可通過EMI測試。例如檢查電纜端的螺絲是否鎖緊﹐有時(shí)將松掉的螺絲上緊﹐可加強(qiáng)電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機(jī)器外接的Connector的接地是否良好﹐若外殼為金屬而有噴漆﹐則可考慮將Connector處的噴漆刮掉﹐使其接地效果較佳。另外若使用Shielded的電纜線﹐必須檢查接頭端處外覆的金屬綱是否和其鐵蓋密合﹐許多不佳的屏蔽線（RS232）多因線接頭的外覆屏蔽金屬綱未冊和連接端的地密合﹐以致無法充份達(dá)到屏蔽的效果。
各種接頭如Keyboard及Power supply常常由于接頭的插頭與機(jī)器上的插座間的密合度不好﹐影響了干擾噪聲的輻射。檢查的方式可將接頭拔掉看噪聲是否減小﹐減小表示兩種冊可﹐一為線上本身輻射干擾﹐另一為接頭間接觸不好﹐此時(shí)插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動(dòng)﹐看噪聲是否會(huì)減小或消失﹐若會(huì)減小可將Keyboard或Power supply的連接頭﹐用銅箔膠帶貼一圈﹐以增加其和機(jī)器接頭的密合度﹐這一點(diǎn)也是實(shí)測上很容易被疏忽﹐而會(huì)誤判機(jī)器的EMI為何每次測時(shí)好時(shí)壞﹐或花許多時(shí)間在其它的對策上面。
