摘 要 文章主要介紹EMI快速診斷與對策，指出EMI改進的關(guān)鍵是EMI問題診斷， 解決電磁兼容問題的根本辦法，是進行電磁兼容設(shè)計。EMI設(shè)計核心是緊緊圍繞降低騷擾源頻率f和減小高頻電流環(huán)面積兩大措施。文章倡導(dǎo)人性化工作態(tài)度，作者認為，只要不斷的學(xué)習(xí)和總結(jié)，EMC是逐漸“看得見和摸得著”的，是有規(guī)可循的。
關(guān)鍵詞 認證 EMI 規(guī)律 診斷 對策 設(shè)計
Abstract In this article, EMI fast diagnosis and countermeasure is introduced. EMI diagnosis is the key of
EMI improvement, EMC design is the fundamentals of solving EMC problem. The core of EMC design is to take two measures-to reduce EMI source frequency and to reduce the acreage of high frequency current loop . Author sparkplug humanistic attitude to EMC,and author think that EMC will come into view and can be found out，a rule shall be there to be useable.
Keywords certification, EMI, rule, diagnosis, countermeasure, design
電磁輻射騷擾的遠場測量是指在半電波暗室或者EMC開闊場進行的測量，測量天線與被測物的距離一般為3米或3米以上，給出的結(jié)果是一張頻譜圖，即各個頻率點的電磁輻射騷擾強度。標(biāo)準GB13837-1997（CISPR13）和GB4343-1995（CISPR14）規(guī)定，應(yīng)分別測試EUT外接連線，如電源線、AV線、耳機線、話筒線等線纜的騷擾功率。傳導(dǎo)騷擾是測試EUT運行過程中端口騷擾電壓，包括電源端口、射頻端口、天線端口、電信端口等。如果被測設(shè)備有一個或者幾個頻率點的電磁騷擾超過了標(biāo)準的限值，被測設(shè)備就不符合EMC標(biāo)準要求。
如果設(shè)備沒有通過EMC測試，我們從測量結(jié)果中，只能知道哪些頻率點“超標(biāo)”了，而這些頻率的電磁騷擾是從哪里出來的，往往是工程師門最不容易發(fā)現(xiàn)、最難解決的問題。
EMI快速診斷方法就是針對EUT的原理，先推斷引起EMI的原因和內(nèi)部騷擾源可能是什么，再根據(jù)EMI產(chǎn)生的途徑和機理，透過測試圖，分析超差原因；必要時,輔以高頻示波器或頻譜儀，從頻域到時域，尋找產(chǎn)生EMI問題的對應(yīng)電路和器件；從而制定EMI對策。
在這里提供一些案例，通過解讀測試圖，把看不見、摸不著的EMI變得直觀易懂，供大家參考。
關(guān)于電磁輻射騷擾場強或功率測試分析案例：
輻射騷擾圖1如右：樣品為CRT顯示器
頻率點35.4 MHz附近, 30~45MHz之間大部分隆起超出限值,通常只有兩個原因-開關(guān)電源電路或地線處置不良引起。
對策- 顯示器使用帶磁環(huán)類型的信號電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈，電源地線剪短就近接地。
輻射騷擾圖2如右：樣品為微型計算機（改進后）
頻率點100 MHz、366.24MHz等剛好符合GB9254-1998B級要求。這是測試超差6dB后，機箱經(jīng)過金屬膠帶密封處理后獲得的測試結(jié)果。
象這種曲線底部未明顯抬高，30~1000MHz頻段有頻率點超差現(xiàn)象，應(yīng)該選擇屏蔽較好的電纜和機箱。使用帶濾波器類型或帶磁環(huán)的信號電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈，會有益處。
輻射騷擾圖3如右：樣品為微型計算機
頻率點35 MHz、70MHz、170.76 MHz等附近超差，既有頻率低端隆起超出限值現(xiàn)象，由地線問題；也有30~1000MHz頻段頻率點超差現(xiàn)象，有屏蔽問題。應(yīng)該綜合處理，選擇屏蔽較好的電纜和機箱，使用帶濾波器類型或帶磁環(huán)類型的信號電纜和電源電纜, 電源輸入端串接差模線圈。值得一體的是，對于如果帶電機的EUT， 圖3
如果頻譜圖和時域波形圖都帶有較多毛刺，須懷疑電機騷擾。
輻射騷擾圖4如右：樣品為CRT顯示器（改進后）
頻率點45 MHz附近、70MHz-100 MHz頻段等超差嚴重，分別超出限值8dB、12dB；既有頻率低端隆起超出限值現(xiàn)象，也有30~1000MHz頻段頻率點超差現(xiàn)象，經(jīng)檢查，所有措施都已做足夠，不得不懷疑CRT有問題，拆換后測試結(jié)果很好，如圖4。
騷擾功率圖5如右：樣品為VCD播放機/AV電纜
頻率30~300MHz之間大部分頻段隆起貼近或超出限值,曲線底部明顯抬高，通常只有一個原因-地線處置不良引起。此外,頻率點135MHz測試超差較大，圖中可見每隔27MHz就有一個高點, 該VCD播放機解碼芯片正好使用27MHz晶振, 135MHz是27MHz的5倍頻。如果地線改善后,該頻點仍然超差, 應(yīng)減小晶振諧波輻射。
實際情況：AV電纜梅花接口在金屬后殼安裝處，未直接就近與金屬后殼相連接地。
圖5
對策：換用能夠在安裝處直接與金屬后殼接地處理的AV梅花接口；頻率點135MHz平均值仍然超差5.6dB, 在如下圖
對應(yīng)箭頭所指位置使用磁珠,即晶振與解碼芯片相連腳上,加串100MHz/1500Ω磁珠,測試結(jié)果通過。
騷擾功率圖6如右：開關(guān)電源/輸入電源線
30~80MHz之間大部分隆起超出限值, 30~300MHz之間
全是開關(guān)電源典型頻譜圖,表明開關(guān)電源電路或地線處置不良。經(jīng)檢查開關(guān)電源輸入電源線地線只接了兩個Y電容，并未與開關(guān)電源其它地相連；雖使用了共模線圈，但開關(guān)電源輸入端電路排版不對稱，L布線較直， N布線彎
曲得厲害，查電源端騷擾電壓測試L端如圖7，N端如圖8。
由圖可見，L端與N端電源端騷擾電壓測試結(jié)果不對稱。 圖6
對策：開關(guān)電源輸入電源線地線與初級其它地相連；電源輸入端N端布線串接差模線圈，串接差模線圈前端電源輸入L端與N端之間加接差模電容，差模線圈后L端與N端分別加一個到地共模電容。處理后測試合格。使用帶磁環(huán)電源電纜測試效果更佳。騷擾功率重新測試圖如下圖9。
圖7 圖8
圖9 圖10
騷擾功率圖10如右：樣品為DVD播放機/AV電纜
騷擾功率圖11如右：樣品為VCD播放機/AV電纜
圖10：DVD播放機在30~300MHz之間有部分頻段隆起貼近限值,應(yīng)有接地處置方式可以改善。
圖11 ：VCD播放機騷擾功率測試曲線底部無明顯抬高，表明地線處置良好。
圖11
圖10、圖11是明顯的晶振諧波頻譜，從騷擾功率圖中看出較大的超差頻率點為135MHz、108MHz、
50.8MHz、189MHz，以及諧波頻譜間隔，結(jié)合樣機時鐘晶振頻率為 16.9344MHz、27MHz，顯然,要想通過測試, 必須減小晶振諧波輻射。
整改時,減小VCD/DVD播放機晶振諧波輻射的主要措施有: 檢查解碼芯片供電電壓是否合適、有無過
高，過高則調(diào)低；解碼芯片供電連腳上是否有小容量電容就近到地，無則加一個，另加一個電抗較小、阻抗較大的磁珠, 磁珠的阻抗在50 MHz以上越大越好；通過高頻示波器觀察晶振波形是否接近正弦波，否則調(diào)整晶振下地電容；晶振與解碼芯片相連腳上,加串電抗較小、阻抗較大的磁珠, 電抗增加不多情況下，磁珠的阻抗在50 MHz以上越大越好；檢查解碼芯片供電回路、解碼芯片晶振時鐘回路以及高速信號回路面積是否過大，晶振旁邊布線回路面積是否過大，如果是，則須設(shè)法解決。如果以上措施本來已落實部分，其余措施難以實施，這只能在輸出線上串磁珠，套磁環(huán)。這些措施可說都是權(quán)宜之計，生產(chǎn)工藝上會有困難，唯一辦法只有作設(shè)計改動。如果工程師設(shè)計時能考慮到以上問題，就不會有這些麻煩，就可以省時省力通
過測試。
本案例足以說明，EMC工作的重點、重中之重就是EMC設(shè)計。EMC設(shè)計就是在產(chǎn)品的設(shè)計過程中仔細預(yù)測各種可能發(fā)生的電磁兼容問題，從設(shè)計的一開始就采取各種措施，盡量采用電磁兼容設(shè)計規(guī)范，目標(biāo)是使得樣機完成后滿足電磁兼容性要求。稍后介紹EMC設(shè)計內(nèi)容。
處理注入電源騷擾電壓測試圖要決：先看L/N兩端是
否對稱，如對稱，直接采用共摸電流抑制；如不對稱，
先給較大騷擾的一端先串接差模線圈，加接共模電容，
再采用共摸電流抑制；根據(jù)產(chǎn)品電路原理和頻譜圖形，
判明超差原因，是開關(guān)電源引起，還是晶振時鐘（或
其諧波）耦合引起，抑或是視頻等高頻電路泄漏引起，
接地不良引起？再對癥下藥。如果由于晶振時鐘（或
其諧波）和視頻等高頻電路泄漏引起注入電源騷擾電
壓超差，大多數(shù)情況可以推斷其輻射騷擾也會超差。
注入電源騷擾電壓案例：
注入電源騷擾電壓測試圖12如右上，2.36 MHz附近隆起, L/N兩端非常相似。
對策：電源輸入端串接共模線圈, L/N兩端加接到地共模電容。
注入電源騷擾電壓測試圖13如右，0.15~1MHz開關(guān)電源引起超差。
對策：加大共模線圈磁環(huán)或加多共模線圈的線圈匝數(shù), 共模線圈兩端都加上落地Y電容即共模電容,Y電容容量適當(dāng)加大。 圖13
注入電源騷擾電壓測試圖14如右，
非常明顯，27MHz時鐘信號耦合進電源網(wǎng)絡(luò)，引起注入電源騷擾電壓超差；可以推斷其諧波輻射騷擾一般也會超差。
對策：把電源線及電源電路避開時鐘信號產(chǎn)生和傳輸電路；使用帶磁環(huán)的電源電纜；最主要的是采用減小VCD/DVD播放機晶振諧波輻射一樣的主要措施。
圖15為電視干線放大器電源線
的騷擾功率測試圖，
輸入信號711.25MHz/70dBuv, 電視干線放大器輸出信號
711.25MHz/100dBuv，端接屏蔽75Ω屏蔽標(biāo)準負載。標(biāo)
準限值為20dBpw，圖中限值為21.1 dBpw,加上吸收鉗校
準因子和電纜損耗, 超差達10 dBpw。高頻信號放大和傳輸設(shè)備最基本要求就是殼體和接口屏蔽以及輸入、輸出信號 電纜和電源電纜的屏蔽和濾波措施。檢查EUT發(fā)現(xiàn)，殼體和接口屏蔽較好，電源電纜的濾波器安裝在電路板，不是安裝在輸入孔上，更未使用效果較佳的穿孔濾波器。對于700 MHz高頻信號，出入電纜濾波措施不佳，屏蔽效能可損失30dB。
對策：使用效果較佳的輸入電源濾波器，安裝在輸入口金屬殼上。
關(guān)于FM收音天線端騷擾電壓和輻射騷擾超出限值，只要考慮改善天線端和本振電路間的隔離以及減小本振信號強度即可；其它天線端和射頻端騷擾電壓是否超出限值,只取決于高頻頭、射頻調(diào)制器的性能，與別的部分無關(guān)。只要選購經(jīng)過CCC或CQC認證的產(chǎn)品即可。
非間斷性工作的樣品，處于平穩(wěn)常態(tài)時，測試中發(fā)現(xiàn)存在間隙性騷擾時，如果樣品電源斷開間隙性騷擾就消失，則該樣品電路設(shè)計或連接可能存在故障。先檢查電路可能存在的故障。
前面提到，必要時可以用頻譜分析儀和近場探頭做近場測量，進行EMC溯源診斷：大電流低電壓的源（電流源）主要與磁場關(guān)聯(lián)，而高電壓小電流的源（電壓源）則主要與電場關(guān)聯(lián)。數(shù)字電路使用低電壓的邏輯器件；近場區(qū)域內(nèi)的磁場的波阻抗遠小于電場的波阻抗。大部分PCB的近場區(qū)域中的能量被包含在近磁場中。比較大的騷擾頻率點利用磁場探頭進行診斷，探頭盡量靠近被測區(qū)域，距離最好小于2.5cm，可以定位騷擾源以及關(guān)鍵的輻射電流環(huán)、判明傳播途徑。
工程師可以用電場或磁場探頭探測被測設(shè)備泄漏區(qū)域：箱體接縫，ＣＲＴ前面、接口線纜、鍵盤線纜、鍵盤、電源線和箱體開口部位等。
