電磁干擾的診斷步驟

1、.電磁攪亂的診斷步驟前言電磁攪亂的看法與防制在國已逐漸碰到重視。誠然當(dāng)前國并沒有嚴(yán)格管制電子產(chǎn)品的電磁攪亂（EMI）但由于歐美各國多已推行電磁攪亂的要求加上數(shù)字產(chǎn)品的寬泛使用對電磁攪亂的要求已經(jīng)是火燒眉毛的事情。筆者由于啊作的關(guān)系經(jīng)常碰到好多產(chǎn)品已完成成品設(shè)計(jì)因無法經(jīng)過EMI測試而使設(shè)計(jì)工程師開銷好多時(shí)間和精力投入EMI的更正由于屬于事后的拯救經(jīng)常投入好多時(shí)間與金錢甚而影響了產(chǎn)品上市的機(jī)會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)之初便加以考慮則能夠節(jié)約事后再投入好多時(shí)間與金錢。由于當(dāng)前EMIDesign-in的看法其實(shí)不是十分寬泛而且由于早先的規(guī)劃其實(shí)不能夠保證其成品能夠完好吻合電磁攪

2、亂的測試在因此如何正確的診斷EMI問題關(guān)于設(shè)計(jì)工程師與EMI工程師是特別重要的。事實(shí)上我們?nèi)羰前袳MI當(dāng)作一種疾病自然平時(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獲取快速的痊愈沒有正確的診斷找不到病癥的源泉往往事半功倍而延誤費(fèi)時(shí)。故在EMI的問題上經(jīng)?？吹揭粋€(gè)EMI有問題的產(chǎn)品由于未能找到造成EMI問題的要點(diǎn)花了好多時(shí)間下了好多對策卻向來無法解決其中亦不乏專業(yè)的EMI工程師。過去談到EMI經(jīng)常重申對策方法甚而視好多對策秘決或絕招但是沒有正確的診斷而在產(chǎn)品上加了一大堆EMI控制組件其結(jié)果經(jīng)常只會使EMI狀況更糟。筆者開初接觸產(chǎn)品EMI對策更正時(shí)會聽到資深EMI工程師說把所有EMI對策拿掉

3、就可以經(jīng)過測試。初聽以為是句玩笑話此刻回想這是很難得的經(jīng)驗(yàn)談。此后亦聽到好多EMI工程師談到近似的經(jīng)驗(yàn)。本文中將舉出實(shí)質(zhì)的例子讓讀者更加認(rèn)識EMI的對策看法。一般提到如何解決EMI問題大多說是casebycase,自然從對策上而言每一個(gè)產(chǎn)品的特點(diǎn)與電路板布線（layout)狀況不同樣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素來想要把辦理EMI問題并做合適的對策別的也供應(yīng)專業(yè)的EMI工程師一種參照方法。在此我們把電磁攪亂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診斷上的參照驟希望用有系統(tǒng)的方式快速的找出EMI的問題。我們并嚴(yán)禁備商議一些理

4、論計(jì)算或公式推演將從實(shí)務(wù)上說明。1/10.當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品無法經(jīng)過EMI測試第一就要有一個(gè)看法找出無法經(jīng)過的問題點(diǎn)此時(shí)千萬不能夠有主觀的念想要在那些地方下對策。經(jīng)常有好多有經(jīng)驗(yàn)的EMI工程師由于修悔悟好多相關(guān)產(chǎn)品關(guān)于產(chǎn)品可能造成EMI問題的地方也特別認(rèn)識而習(xí)慣直接就下藥方自然一般皆可能特別有效但是偶而也會碰到很難更正下來最后發(fā)現(xiàn)問題的要點(diǎn)都是起行以為不能能的地方之因此會種疏失就是由于太主觀了。因此不論產(chǎn)品特點(diǎn)熟不熟我們都要逐一再確認(rèn)一次甚而多次確認(rèn)。這是由于造成EMI的問題經(jīng)常是千頭萬緒其實(shí)不是單一點(diǎn)所造成。故屢次的做確認(rèn)與診斷是特別重要的。我們將初步的診斷步驟詳列于下并加以說明其要點(diǎn)點(diǎn)這些步驟看來

5、憂如特別平凡簡單不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層見迭出變化巧妙。其實(shí)好多資深EMI工程師在其對策辦理時(shí)大部份的時(shí)間都在重復(fù)這些步驟與判斷。筆者要再次重申只有真切找到造成EMI問題的要點(diǎn)才是解決EMI的最正確路子若僅憑理論推測或經(jīng)驗(yàn)判斷有時(shí)反而會開銷更多的時(shí)間和精力。步驟一將桌子轉(zhuǎn)到待測（EUT）最大發(fā)射的地址初步診斷可能的原因并關(guān)掉EUT電源加以確認(rèn)。（說明）由于EMI測試上EUT必定轉(zhuǎn)360度而天線由1m到4m變化其目的是要記錄輻射最大的狀況。同樣地當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)無法經(jīng)過測試時(shí)第一我們先將天線地址移到噪聲接收最大高度此后將桌子轉(zhuǎn)到最差角度此時(shí)我們知道在EUT面對天線的這一面輻射最強(qiáng)故能夠初步推

6、測可能的原因這樣處障蔽不好或湊近輻射源或有電線電纜經(jīng)過等。別的須注意的是要關(guān)掉EUT的電源看噪聲可否存在以確定噪聲確實(shí)是由EUT所產(chǎn)生。曾見測試Monitor素來無法解決某一點(diǎn)的攪亂結(jié)果其噪聲是由PC所造成而非Monitor的問題亦有在OPENSITE測試Monitor發(fā)現(xiàn)某幾點(diǎn)無法經(jīng)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)噪聲仍舊存在因此關(guān)掉EUT電源的步驟是必定的而且平時(shí)簡單被忽略。步驟二將連接EUT的周邊電纜逐一取下看攪亂的噪聲可否降低或消失。（說明）若取下某一電纜而攪亂的頻率減小或甚而消失則可知此電纜已成為天線將機(jī)板的噪聲輻射出來。事實(shí)上認(rèn)真解析造成EMI的要點(diǎn)

7、我們能夠用一個(gè)很簡單的模式來表示。任何EMI的Source必定要有天線的存在才能產(chǎn)生輻射的狀況若僅單獨(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。因此EMI的對策除了針對噪聲源（Source)做辦理外最重要的查破壞產(chǎn)生輻射的條件-天線。過去我們最常看到談EMI對策離不開障蔽（Shielding),濾波（Filter),接地（Grounding)關(guān)于接地經(jīng)常一塊電路板多已固定而無法再做辦理由于這一部2/10.份在電路板布線（Layout)時(shí)就須認(rèn)真考慮若板子已完成則此時(shí)可變動(dòng)的空間就特別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（Co

8、mmonmode)噪聲。障蔽所波及的材質(zhì)與開銷亦甚高濾波的方式則是常可見Bead電感等經(jīng)常用了一大堆亦不甚見效何以這樣好多時(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其實(shí)不會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防備噪聲輻射到空間（輻射測試）或由電源傳出（傳導(dǎo)測試）。在此我們整理了產(chǎn)生輻射常有的幾種狀況供讀者參照。（1）機(jī)器外面連接之電纜成為輻射天線由于機(jī)器自己外面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相關(guān)因電纜的天線效應(yīng)相關(guān)于噪聲半波長時(shí)共振狀況會最大也經(jīng)常是造成EMI無法經(jīng)過測試。在解決這個(gè)問題前必定要做一些判斷否則很簡單粗心而浪費(fèi)

9、時(shí)間。（a）噪聲是由機(jī)器部電路板或接地所產(chǎn)生此狀況為將電纜取下或加一Core則噪聲減低或消失。此時(shí)必定做的一個(gè)步驟是將線湊近機(jī)器（不須直接連接）看噪聲可否會存在若噪聲并沒有高升則可確實(shí)判斷由機(jī)器部產(chǎn)生若將電纜湊近而攪亂噪聲立刻升高由此時(shí)請參照（b）的說明。（b）噪聲是由機(jī)器部耦合到電纜線上而使電纜成為輻射天線。這一點(diǎn)是好多測試工程師簡單忽略的。此狀況如（a）中所提到的只要將一條電纜湊近則可從頻譜上看到噪聲立刻高升此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出而是機(jī)器自己的噪聲能量相當(dāng)大一旦有天線湊近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實(shí)質(zhì)測試中我們發(fā)現(xiàn)好多通訊產(chǎn)品有這類狀況發(fā)生此時(shí)若單純用Core或Bead去

10、辦理其實(shí)不能夠真切的解決問題。（2）機(jī)器部的引線連接線成為輻射天線由于好多產(chǎn)品部常有一些電線互相連接工作廳當(dāng)這些線湊近噪聲源很簡單成為天線將噪聲輻射出去。針對此點(diǎn)的判斷在200MHz以下之噪聲我們能夠在線上加一Core來判斷噪聲可否減低而關(guān)于200MHz以上之高頻噪聲我們能夠?qū)⒕€的地址做前后左右的搬動(dòng)看噪聲可否會增大或減小。（3）電路板上的布線成為輻射天線3/10.由于走線太長或湊近噪聲源而自己被耦合成為發(fā)射天線此種狀況當(dāng)外面電纜都取下而僅剩電路板時(shí)在頻譜儀上可看見噪聲仍舊存在此時(shí)可用探棒測量電路板噪聲最強(qiáng)的地方找到輻射的問題加以解決。關(guān)于探測的工具與方法將于后詳細(xì)說明。（4）電路板上的組件成

11、為輻射本源由于所使用的IC或CPU自己在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生很大的輻射使得EMI測試無法經(jīng)過卵石種情經(jīng)常在經(jīng)過（1）（2）（3）的解析后噪聲仍舊存在平時(shí)解決的方法不外換一個(gè)近似的組件看EMI特點(diǎn)可否會好一些。別的就是電路板重新布線時(shí)將其擺放于影響最小的地址也就是周邊沒有I/OPort與連接線等經(jīng)過自然若狀況贊同將整個(gè)組件用金屬外殼包覆（Shielding)也是一種快速有效的方法。由以上的解析介紹我們能夠認(rèn)識造成電磁攪亂輻射最要點(diǎn)的地方就是電線的問題當(dāng)有了合適的天線條件存在很簡單就產(chǎn)生攪亂別的電源線經(jīng)常亦是造成天線效應(yīng)的主因這是在許EMI對策中最簡單粗心的。步驟三電源線無法移去可在其上夾Core或水平垂直

12、搖動(dòng)看噪聲可否有減小或變化。若產(chǎn)品有電池設(shè)備則可取下電源線判斷如NotebookPC等。（說明）如前所述電源線經(jīng)常是會成為輻射天線特別是DesktopPC類產(chǎn)品經(jīng)常300MHz以上的噪聲會由空間耦合到電源線上因此判斷產(chǎn)品的電源線可否碰到感染是必定的步驟。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)）判斷關(guān)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攪亂噪聲可否有差別若水平和垂直有很明顯的差別則可一邊搖動(dòng)電源線一邊看頻譜儀（Spectrum)上噪聲之大小有否變化這樣即可知道電源線有否攪亂。至于若發(fā)現(xiàn)電源線會產(chǎn)生輻射時(shí)如何解決一般皆不

13、好辦理平時(shí)先想方法使機(jī)器的噪聲減小以防備電源線的二次輻射而使用Shielded線一般對輻射的影響其實(shí)不大故換一條不同樣長度的電源線有時(shí)也會有很好的收效。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/OPort外其也須盡量遠(yuǎn)離電源線與Switchingpowersupply的板子省得耦合到電源線上使得輻射與傳導(dǎo)皆無法經(jīng)過測試。步驟四檢查電纜接頭端的接地螺絲可否旋緊與外端接地可否優(yōu)異。（說明）4/10上很簡單被粗心而會誤判機(jī)器的策上面.依前三項(xiàng)方式大概找了一下問題后我們必定再做一些檢查由于透過這些檢查也許不須做任何更正即可經(jīng)過EMI測試。比方檢查電纜端的螺絲可否鎖緊有時(shí)將松掉的螺絲上緊可

14、加強(qiáng)電纜線的障蔽收效。別的可檢查觀察機(jī)器外接的Connector的接地可否優(yōu)異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收效較佳。別的若使用Shielded的電纜線必定檢查接頭端處外覆的金屬綱可否和其鐵蓋密合好多不好的障蔽線（RS232）多因線接頭的外覆障蔽金屬綱未冊和連接端的地密合致使無法充份達(dá)到障蔽的收效。各種接頭如Keyboard與Powersupply經(jīng)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攪亂噪聲的輻射。檢查的方式可將接頭拔掉看噪聲可否減小減小表示兩種冊可一為線上自己輻射攪亂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)看噪聲可否會減小

15、或消失若會減小可將Keyboard或Powersupply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EMI為何每次測時(shí)好時(shí)壞或花好多時(shí)間在其他的對細(xì)部的診斷在分紹相關(guān)對策從前我們先詳細(xì)說明如何精確的找到EMI的發(fā)射源前面初步的診斷也許其實(shí)不能夠找到真切的原因也許產(chǎn)生一些誤判或素來無法找到問題則我們必定使用一些探測工具連接到頻譜解析儀（Sepctrumanalyzer)上詳細(xì)而全面的發(fā)現(xiàn)問題。一般常用的工擁有兩種一種為磁場型的探棒另一種為電場型的探棒這兩種工具可以在某些儀器廠商購得須注意的是要選擇合適的響應(yīng)頻率。在此我們介紹一種簡略的方式自行制作測量探棒方便作細(xì)部的診斷。磁

16、場探棒的制作可使用漆包線繞Core多圈此后用一塑料管連到BNC的接頭。在塑料管的漆包線可用編織線或銅箔膠帶整個(gè)包覆以防備噪聲直接耦合到線上而影響判斷的地址。電場探棒的制作使用一Shielded線一端焊上小金屬探棒另一端連接103（0.01uF）電容上再接到BNC接頭這樣便完成電場型的探棒制作。5/10.（1）磁場探棒探測整個(gè)機(jī)構(gòu)與電路的噪聲將磁場探棒接到Spectrumanalyzer,一般需加Amplifier收效較佳把待測物接上電源用探棒在電路板上逐一探測配合由頻譜儀上噪聲的顯示找出電路板或機(jī)器噪聲最差的地方由最差的地方配合我們前面所談?wù)撨^造成EMI問題的原因再解析一下電路組件找出原因。（

17、2）電場探棒探測各個(gè)線路與組件的噪聲一電場探棒有一小的探針雖不是很矯捷但能夠有效好的分辨率。在用磁場探棒找出主要的噪聲地址有時(shí)還不能夠完好判斷或找出問題此時(shí)便要使用電場探棒在組件的接腳或電路板上的走線逐一測量這樣能夠很確定的找到問題。細(xì)部的診斷是必定熟悉的這樣能夠節(jié)約來回在OpenSite或Anechoic-chamber確認(rèn)對策可否有效的時(shí)間。當(dāng)加上部份對策組件或改變一些線路時(shí)可直接用探棒測量比較若與更正前并沒有什幺差別則不需要再拿到測試場所確認(rèn)。由于頻譜解析儀的價(jià)格稍昂貴若沒有此項(xiàng)設(shè)備則經(jīng)常無法在EMI對策上做好多判斷。故在此我們介紹如何利用示波器看線路上的對策收效以方便設(shè)計(jì)工程師的更正。

18、將示波器的探棒連到機(jī)器的振蕩線路去測量由示波器上看其方波的形狀。平時(shí)若在方波前后緣的波形變化很大則相關(guān)于頻譜解析儀上的噪聲也會很大故將其前緣盡量讓其圓滑緩和則相關(guān)于頻譜解析儀上的噪聲便會降低。對策實(shí)例說明6/10.我們會分紹一些電磁攪亂的診斷方法將依上述所說明的做一實(shí)例解析供讀者能更加明嘹。在此我們要再次重申電磁攪亂診斷上的重要而不因素來花時(shí)間在對策評估上本文將依從前所介紹的診斷步驟逐一介紹相關(guān)的對策方法。（1）.外面構(gòu)造的障蔽辦理此為一多重的Modem卡所組合的機(jī)組其正面對天線時(shí)在高頻500800MHz皆有甚高之噪聲無法經(jīng)過測試。此時(shí)可先用一大片鋁箔掩蓋其正面發(fā)現(xiàn)噪聲會整個(gè)降低。如此可知加強(qiáng)

19、其正面的障蔽將會達(dá)到控制的收效。采用的方法可配合機(jī)構(gòu)人員做一些機(jī)構(gòu)上的更正或改正由于此種機(jī)器為數(shù)十塊同樣的Modem卡所組合其噪聲經(jīng)常會隨所加的卡而增加亦即其所插在機(jī)器上的卡愈多其所輻射出來的能量亦愈大故若單純的在電路板上對高頻噪聲辦理較費(fèi)時(shí)且是易。在此并介紹一個(gè)方法如何判斷障蔽的利害可直接用的接觸機(jī)器外殼上看噪聲在頻譜上可否會減低在實(shí)質(zhì)診斷上這是一個(gè)相當(dāng)快速而便利的方法。一般若外殼使用金屬的產(chǎn)品在對策上不要忘了看可否先從其外殼的障蔽收效上辦理平時(shí)一個(gè)優(yōu)異障蔽的金屬殼經(jīng)常能夠使噪聲降低1520dB。因此在您依步驟一做確認(rèn)時(shí)同時(shí)也可先行評估待測物金屬外殼的障蔽收效關(guān)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的EMI工程師經(jīng)常

20、不須將產(chǎn)品實(shí)質(zhì)測試即大概知道外殼須辦理的地方在此筆者說明一般判斷的原則即是在接合與接縫處要達(dá)到?密不漏風(fēng)十全十美?.若不吻合原則的現(xiàn)象經(jīng)?？赡茉斐烧媳尾缓?。常用的對策方法為在障蔽不利處將絕緣的漆刮掉貼上金屬箔片用金屬彈片補(bǔ)強(qiáng)用螺絲鎖緊等。（2）.機(jī)器外面的電纜線辦理此為一DesktopPC產(chǎn)品由于電源線的關(guān)系使機(jī)殼的噪聲耦合到其的電源線而使在外的電源線成為一支輻射天線在160MHz周邊其無法經(jīng)過測試。對策的方法為7/10.找一條較短的電源線換上則可發(fā)現(xiàn)不只低頻部分降低好多連本來的高頻部份亦減低而快速的吻合測試要求。由此例能夠看出線的長短會影響輻射狀況的利害當(dāng)改變輻射源的條件時(shí)噪聲的狀況亦隨之改

21、變。在其他類產(chǎn)品亦經(jīng)常有此現(xiàn)象而最簡單被忽略例好收音機(jī)之當(dāng)?shù)卣袷幍妮椛湓跈C(jī)殼經(jīng)常亦會耦合到電源上而輻射到空間上因此必定注意在機(jī)殼的整個(gè)布線的地址盡量使線遠(yuǎn)離振蕩源省得加大機(jī)殼線上的輻射。在電源線傳導(dǎo)的測試上有興趣的讀者亦不如一試關(guān)于不同樣長度的電源線其噪聲的大小亦會有差別。自然好多人也許有些疑問上述方法可否真切解決了產(chǎn)品上的EMI問題為何不直接從source上減小輻射稍后我們將介紹一些對策方法以供參照。但是經(jīng)常這些對策由于電路板的限制而無法充分吻合要求更其而如前所述加上一些電阻電容或beadEMI的狀況反而更差或機(jī)器的動(dòng)作不正?；虿还ぷ鞯鹊?。若是能有簡單的方法而快速的解決是不需要必然往sour

22、ce上去鉆在此筆者要重申的是必定全面性的去對待一個(gè)EMI問題對策方式是先從產(chǎn)品周邊對策而非一開始就先從電路板上著手。事實(shí)上要辦理產(chǎn)品的EMI問題事后的對策不論是由電路板上或外觀上拯救都已不是根本的方法只有在設(shè)計(jì)之初便把EMI的問題考慮進(jìn)去才能達(dá)到整體的收效因此在此筆者要再次重申千萬不要一下子就把問題放在振蕩器上誠然我們知道噪聲必然是由clock所產(chǎn)生但是clock的功能近似人的心臟平時(shí)是此產(chǎn)品的工作中心在clock上做一些EMI之控制經(jīng)常其工作性能會碰到影響特別當(dāng)clock使用的頻率愈高愈易受影響。（3）.機(jī)器部的電纜線辦理此為機(jī)產(chǎn)品在測試對策時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)器上下蓋分別時(shí)噪聲會明顯降低而當(dāng)機(jī)器上下

23、合成一體噪聲立刻會高升。認(rèn)真研究發(fā)現(xiàn)由于機(jī)部有好多連接的電線當(dāng)上下蓋打開此時(shí)這些線離電路板上的振蕩源較遠(yuǎn)而當(dāng)上下蓋閉合時(shí)因部空間變小致使這些連接線湊近振蕩源而將噪聲輻射到空間這是一個(gè)典型的機(jī)器部連接輻射的例子。經(jīng)常在其他產(chǎn)品上也會發(fā)生比方DesktopPC等。辦理的原則可從兩方面8/10.著手一是將線重新整理避開振蕩線路的部位這是從改變地址減少耦合的看法處理另一方法即是在線上加一對策組件鐵粉心（Core）來控制噪聲的輻射攪亂。（4）電路板上的布線辦理此為一CD放音機(jī)的產(chǎn)品由于其電路板上Crystal到IC的走線太長致使這條線被當(dāng)作天線將噪聲輻射出來最后解決的方法為將電路板上的線切斷別的用一Sh

24、ielded的線接上這樣則噪聲攪亂的狀況明顯改進(jìn)。一般在電路板上Layout時(shí)平時(shí)對一些clock的線會限制其長度盡量不要太長像上例就由于其clock的走線太長而造成別的關(guān)于含有高頻信號的走線在Layout時(shí)亦可考慮用地線將其包住對噪聲的防制亦會有必然的收效。電路板上線路造成EMI攪亂一般不簡單診斷出來而要在Layout時(shí)完好考慮進(jìn)去也不簡單但是在對策診斷也是一項(xiàng)特別重要的影響因素。（5）.機(jī)器的振蕩頻率本節(jié)中我們將針對電路板上振蕩的部份做一說明亦即當(dāng)前述的各項(xiàng)控制方法收效不理想或甚而無故那此時(shí)我們便要考慮可否從電路上下手來解決問題。一個(gè)電路板上有時(shí)經(jīng)常用上好多個(gè)振蕩器加上IC部的除頻動(dòng)作故第一必定要確定問題源是由何地方引起這樣對策才不