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电子产品的EMC整改方法实例分享

文章来源:深圳市德普华电子测试技术有限公司 人气:1109 发表时间:2017-07-31

摘要

 

      EMC的各种指标是目前在所有标准要求的项目中,在产品设计时最难以达到的;由于EMC的设计经验较少,经常在设计完成之后才进行EMC测试,一旦测试发现问题,会出现产品准备上市销售时EMC的问题总是没有时间解决,项目不断的延迟,需要再花费大量的时间去解决,相信这是每位遇到EMC问题的研发人员的深刻体会。电子产品的辐射发射与传导发射两个项目,是国家3C认证标准(GB13837-2012GB9254-2008)强制检测的项目,而电子产品在这两个项目上花费的整改周期也很长,为此,本文根据从事EMC实验室工作多年经验的同事心得,并结合有关资料,总结出以下EMC整改方法与整改措施。

 

1EMC相关知识介绍

 

1.1 EMC

Electromagnetic compatibility,电磁兼容性(EMC=EMI+EMS),EMI Electromagnetic Interference):电磁干扰,主要包括辐射发射、传导发射。EMS Electromagnetic Susceptibility):电磁抗扰度,主要包括辐射抗扰、传导抗扰。

1.2 EMC定义及要素

EMC定义:在同一电磁环境中,设备能够不因为其他设备的干扰影响正常工作,同时也不对其他设备产生影响工作的干扰。EMC三要素如图1,缺少任何一个都构不成EMC问题。

 

2.整机测试出现的EMC超标,主要是30M-1G的辐射问题,主要采取以下方法

 

2.1 首先整机用电脑测试软件进行水平极化方向和垂直极化方向的预扫,若出现超标噪声点,初步判断辐射主要是由水平线还是有垂直线产生的

当接收天线为水平时噪声强度较高,可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的水平线所造成,而当接收天线为垂直时噪声强度较高,可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的垂直线所造成,

2.2 判断最大辐射位置

EMC测试时,除了天线要测试水平与垂直二个极化方向外,待测物的桌子要旋转360度,记录最大的噪声读值,因此当发现噪声无法符合时,除了先判断水平和垂直噪声的差异外,便是要将待测物旋转到最大的噪声位置,由于电子产品其噪声的辐射往往会在某一个角度最大,而此时待测物面向天线的位置,往往是造成辐射的来源,通常要分析这位置附近的组件、导线及屏蔽效果,如此则较容易锁定范围,再仔细分析问题

2.3 判断辐射主要是由共模或差模骚扰产生的

对噪声频谱预扫图形进行分析,若看到整个频带的基线为一宽带的噪声,我们可以视为共模骚扰的噪声,若其上一支支单独的噪声点可以视为差骚扰模噪声。将噪声分布情形分成共模骚扰和差骚扰模的作用,主要便是要判断其分别造成的辐射来源机制,如此帮助找到问题点及对策的方法。

造成共模骚扰的原因主要是接地与屏蔽,也就是当发现的噪声非常高时,则要先考虑产品内的接地与屏蔽的问题。而造成差骚扰模的原因则主要是线的问题,包括电路板上的布线、产品内部的各种导线及外部的连接线,故要从连线和PCB布线来找出问题,能够从这两个方面先把问题厘清,对于深入细部的修改是很有帮助的。

2.4 用谐波判断噪声源

大部份噪声测试的频谱图,皆可以看到如下之一支支等距的噪声,这一支支等距的噪声亦即为噪声的谐波,通常可由其判断噪声的来源。

计算每一支等距噪声差,即为噪声的源头频率,一般为晶振,内存时钟等,由于在电路板上往往会使用数个不同频率的晶振、时钟,以致有时无法判断是那一个晶振、时钟所造成,利用这个方法有时可以很快的确定是那一个晶振、时钟造成,然后再出对策,如此可省除逐一拆除晶振、时钟判断,或者在电路板上逐一割线判断的麻烦。

2.5 用频谱仪对噪声点进行判断

除了使用谐波的观念来判断噪声的来源外,尚可将噪声点展开来判断,也就是将频谱分析仪的范围减小,然后研究造成的机制。

由于造成辐射噪声的成因很多,而产品也可能有多种功能组件会引起噪声干扰,通常频谱分析仪设定由30MHz测到1000MHz,如此可以很快看出有那些噪声无法符合要求,但是因为频宽设定太大,故噪声几乎都是一支一支的状态显现,无法对宽带噪声进行分析,如果我们将频谱的范围减小到100kHz,此时便可对产生噪声的波形进行具体分析,结合产品电路找到噪声源。

2.6 以液晶电视为例

在不影响电源开机的情况下可以将导线或连接线逐一取下,看频谱分析仪的噪声大小,以此确定辐射源,采取相应对策:

1)对上屏线产生的辐射骚扰,改变上屏线走向,将上屏线与液晶屏金属背板用导电布连接;改变软件参数,对上屏频率展频;

2)对各种连线产生的辐射骚扰,改变连线的走向,将连线用导电布与液晶屏金属背板连接;

3)主板产生的辐射骚扰,用导电泡绵将主板CPU、内存与液晶屏金属背板连接;

4)接地不良产生的辐射骚扰,拧紧金属接地螺钉,增加接地点;

5)在引起辐射超标的连接线上加磁环。

 

3.整改实际案例

 

3.1 针对产品已经研制结束的整改措施

3.1.1 现象:空调KFR-72LW-Q1V传导测试不合格

对策:在电源端加磁环后测试合格。

3.1.2 现象:液晶电视LE40C19市场审核辐射场强测试不合格

对策:将扬声器线与液晶金属背板相连(通过导电布),测试合格。

3.2 针对产品在研制阶段的整改措施

典型的产品电磁辐射问题,有一些频率点上超出标准的要求,由于辐射发射的测试不确定度很大,各个实验室之间的测试结果差异很大,许多公司都要求辐射发射的测试结果有 4-6dB的余量。

类似辐射发射超标的情况经常发生,要想解决,须弄清楚辐射产生的根本原因,据笔者分析,可能的辐射问题来源有:

1)印刷线路板中走线问题引起的

PCB 板走线中应该注意一些高速信号的回流路径,我们知道信号即有电压也会存在电流,而信号电流总是要流回其源头,如果高速信号的回流路径过大,形成环路,很容易对外辐射能量。

2)连接 PCB 板的电缆引走的问题

与电路板相连的电缆也是产生辐射问题的原因之一,因为高速信号电流在电缆中流动由于环路和阻抗不匹配等原因很易对外产生共模或差模的电磁辐射。同理,在多层电路板中,如果叠层设计不合理,叠层之间的电磁场耦合存在天线效应,对外进行能量辐射;辐射的能量从哪里出来,如何解决?通常要花费工程师相当长的时间来进行分析解决。通过仿真分析结果则很清晰表明的产生辐射问题的机理,在高频状态下,电流总是寻找最短路径回到源端,在存在障碍的情况下(高阻抗、环流面积大)就会对产生辐射。

 

4.总结

 

总之,解决EMC的问题应该在产品研发的过程之中予以解决,而不是在产品研发完成之后再进行修补,在设计中应遵循一些EMC的设计规则,项目团队对电路设计和PCB设计进行评审,并在每个研发阶段应进行相应的EMC工程测试,以发现潜在的问题。从EMC问题产生的根源上解决问题永远比在表面上解决(如屏蔽)要好的多,且成本更低,在整个项目研发流程中,对EMC问题解决的越晚,所产生的成本会更高。


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此文关键词:EMC整改,EMC测试,电磁兼容测试,3C认证

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