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如何解决EMI问题 电磁干扰问题诊断四步骤

2018年05月23日 07:18 次阅读

电磁干扰的观念与防制﹐在国内已逐渐受到重视。虽然目前国内并无严格管制电子产品的电磁干扰(EMI)﹐但由于欧美各国多已实施电磁干扰的要求﹐加上数字产品的普遍使用﹐对电磁干扰的要求已是刻不容缓的事情。笔者由于啊作的关系﹐经常遇到许多产品已完成成品设计﹐因无法通过EMI测试﹐而使设计工程师花费许多时间和精力投入EMI的修改﹐由于属于事后的补救﹐往往投入许多时间与金钱﹐甚而影响了产品上市的时机

正确的诊断

要解决产品上的EMI问题﹐若能在产品设计之初便加以考虑﹐则可以节省事后再投入许多时间与金钱。由于目前EMI Design-in的观念并不是十分普遍﹐而且由于事先的规划并不能保证其成品可以完全符合电磁干扰的测试在﹐所以如何正确的诊断EMI问题﹐对于设计工程师及EMI工程师是非常重要的。

如何解决EMI问题 电磁干扰问题诊断四步骤

事实上﹐我们如果把EMI当做一种疾病﹐当然平时的预防保养是很重要的﹐而一旦有疾病则正确的诊断﹐才能得到快速的痊愈﹐没有正确的诊断﹐找不到病症的源头﹐往往事倍功半而拖延费时。故在EMI的问题上﹐常常看到一个EMI有问题的产品﹐由于未能找到造成EMI问题的关键﹐花了许多时间﹐下了许多对策﹐却始终无法解决﹐其中亦不乏专业的EMI工程师。以往谈到EMI往往强调对策方法﹐甚而视许多对策秘决或绝招﹐然而没有正确的诊断﹐而在产品上加了一大堆EMI抑制组件﹐其结果往往只会使EMI情况更糟。

笔者起初接触产品EMI对策修改时﹐会听到资深EMI工程师说把所有EMI对策拿掉﹐就可以通过测试。初听以为是句玩笑话﹐如今回想这是很宝贵的经验谈。而后亦听到许多EMI工程师谈到类似的经验。本文中将举出实际的例子﹐让读者更加了解EMI的对策观念。

一般提到如何解决EMI问题﹐大多说是case by case,当然从对策上而言﹐每一个产品的特性及电路板布线(layout)情况不同﹐故无法用几套方法而解决所有EMI的问题﹐但是长久以来﹐我们一直想要把处理EMI问题并做适当的对策﹐另外也提供专业的EMI工程师一种参考方法。在此我们把电磁干扰与对策的一些心得经验整理﹐希望能对读者有些帮助。

EMI初步诊断步骤

我们提出一套EMI诊断上的参考骤﹐希望用有系统的方式﹐快速的找出EMI的问题。我们并不准备探讨一些理论计算或公式推演﹐将从实务上说明。

当一个产品无法通过EMI测试﹐首先就要有一个观念﹐找出无法通过的问题点﹐此时千万不能有主观的念头﹐要在那些地方下对策。常常有许多有经验的EMI工程师﹐由于修改过许多相关产品﹐对于产品可能造成EMI问题的地方也非常了解﹐而习惯直接就下药方﹐当然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也会遇到很难修改下来﹐最后发现问题的关键都是起行认为不可能的地方﹐之所以会种疏失﹐就是由于太主观了。因此﹐不论产品特性熟不熟﹐我们都要逐一再确认一次﹐甚而多次确认。这是因为造成EMI的问题往往是错综复杂﹐并非单一点所造成。故反复的做确认及诊断是非常重要的。

我们将初步的诊断步骤详列于下﹐并加以说明其关键点﹐这些步骤看来似乎非常平凡简单﹐不像介绍对策方法各种理论秘籍绝招层出不穷﹐变化奥妙。其实﹐许多资深EMI工程师在其对策处理时﹐大部份的时间都在重复这些步骤与判断。笔者要再次强调﹐只有真正找到造成EMI问题的关键﹐才是解决EMI的最佳途径﹐若仅凭理论推测或经验判断﹐有时反而会花费更多的时间和精力。

■步骤一

将桌子转到待测(EUT)最大发射的位置﹐初步诊断可能的原因﹐并关掉EUT电源加以确认。

由于EMI测试上﹐EUT必须转360度而天线由1m到4m变化﹐其目的是要记录辐射最大的情况。同样地﹐当我们发现无法通过测试时﹐首先我们先将天线位置移到噪声接收最大高度﹐然后将桌子转到最差角度﹐此时我们知道在EUT面对天线的这一面辐射最强﹐故可以初步推测可能的原因﹐如此处屏蔽不佳或靠近辐射源或有电线电缆经过等。

另外须注意的是要关掉EUT的电源﹐看噪声是否存在﹐以确定噪声确实是由EUT所产生。曾见测试Monitor一直无法解决某一点的干扰﹐结果其噪声是由PC所造成而非Monitor的问题﹐亦有在OPEN SITE测试Monitor发现某几点无法通过﹐由测试接收仪器的声音判断应是Monitor产生﹐结果关掉电源发现噪声依然存在﹐所以关掉EUT电源的步骤是必须的﹐而且通常容易被忽略。

■步骤二

将连接EUT的周边电缆逐一取下﹐看干扰的噪声是否降低或消失。

若取下某一电缆而干扰的频率减小或甚而消失﹐则可知此电缆已成为天线将机板内的噪声辐射出来。事实上﹐仔细分析造成EMI的关键﹐我们可以用一个很简单的模式来表示。

任何EMI的Source必须要有天线的存在﹐才能产生辐射的情形﹐若仅单独存在噪声源而没有天线的条件﹐此辐射量是很小的﹐若将其连接到天线则由于天线效应便把能量辐射到空间。所以EMI的对策除了针对噪声源(Source)做处理外﹐最重要的查破坏产生辐射的条件----天线。以往我们最常看到谈EMI对策离不开屏蔽(Shielding),滤波(Filter),接地(Grounding)﹐对于接地往往一块电路板多已固定﹐而无法再做处理﹐因为这一部份在电路板布线(Layout)时就须仔细考虑﹐若板子已完成则此时可变动的空间就非常小﹐一般方式仅能找出噪声小的接地处用较粗的地线连接﹐减低共模(Common mode)噪声。屏蔽所牵涉的材质与花费亦甚高﹐滤波的方式则是常可见Bead电感等﹐往往用了一大堆亦不甚见效﹐何以如此﹐许多时候是我们没有解决其辐射的天线效应。一般而言﹐噪声的能量并不会因加一些对策组件便消失﹐也就是能量不减﹐ 我们所要做的工作是如何避免噪声辐射到空间(辐射测试)或由电源传出(传导测试)。

在此我们整理了产生辐射常见的几种情形供读者参考。

(1)机器外部连接之电缆成为辐射天线

由于机器本身外部所连接的电缆成为天线效应﹐将噪声辐射到空间﹐此时噪声的大小和电缆的长度有关﹐因电缆的天线效应相对于噪声半波长时共振情形会最大﹐也往往是造成EMI无法通过测试。在解决这个问题前必须要做一些判断﹐否则很容易疏忽而浪费时间。

(a)噪声是由机器内部电路板或接地所产生

此情形为将电缆取下﹐或加一Core则噪声减低或消失。此时必须做的一个步骤是将线靠近机器(不须直接连接)看噪声是否会存在﹐若噪声并没有升高﹐则可确实判定由机器内部产生﹐若将电缆靠近而干扰噪声马上升高﹐由此时请参考(b)的说明。

(b)噪声是由机器内部耦合到电缆线上﹐而使电缆成为辐射天线。

这一点是许多测试工程师容易忽略的。此情形如(a)中所提到的﹐只要将一条电缆靠近﹐则可从频谱上看到噪声立刻升高﹐此表示噪声已不单纯是由线上所辐射出﹐而是机器本身的噪声能量相当大﹐一旦有天线靠近则立刻会耦合至天线而辐射出来。在实际测试中﹐我们发现许多通讯产品有这类情形发生﹐此时若单纯用Core或Bead去处理﹐并不能真正的解决问题。

(2)机器内部的引线﹐连接线成为辐射天线

由于许多产品内部常有一些电线彼此连接工作厅﹐当这些线靠近噪声源很容易成为天线﹐将噪声辐射出去。针对此点的判断﹐在200MHz以下之噪声﹐我们可以在线上加一Core来判断噪声是否减低﹐而对于200MHz以上之高频噪声﹐我们可以将线的位置做前后左右的移动﹐看噪声是否会增大或减小。

(3)电路板上的布线成为辐射天线

由于走线太长或靠近噪声源而本身被耦合成为发射天线﹐此种情形当外部电缆都取下﹐而仅剩电路板时﹐在频谱仪上可看见噪声依然存在﹐此时可用探棒测量电路板噪声最强的地方﹐找到辐射的问题加以解决。关于探测的工具及方法﹐将于后详细说明。

(4)电路 板上的组件成为辐射来源

由于所使用的IC或CPU本身在运作时产生很大的辐射﹐使得EMI测试无法通过﹐卵石种情往往在经过(1)﹑(2)﹑(3)的分析后噪声依然存在﹐通常解决的方法不外换一个类似的组件﹐看EMI特性是否会好一些。另外就是电路板重新布线时﹐将其摆放于影响最小的位置﹐也就是附近没有I/O Port及连接线等经过﹐当然若情况允许﹐将整个组件用金属外壳包覆(Shielding)也是一种快速有效的方法。

由以上的分析介绍我们可以了解﹐造成电磁干扰辐射最关键的地方就是电线的问题﹐当有了适当的天线条件存在很容易就产生干扰﹐另外电源线往往亦是造成天线效应的主因 ﹐这是在许EMI对策中最容易疏忽的。

■ 步骤三

电源线无法移去﹐可在其上夹Core或水平垂直摆动﹐看噪声是否有减小或变化。若产品有电池设备则可取下电源线判断﹐如Notebook PC等。

如前所述电源线往往是会成为辐射天线﹐尤其是Desktop PC类产品﹐往往300MHz以上的噪声会由空间耦合到电源线上﹐所以判断产品的电源线是否受到感染是必须的步骤。由于噪声频带的影响﹐对200MHz以下可用加Core的方式(可一次多加数个)判断﹐对于200MHz以上的噪声﹐由于此时Core的作用不大﹐可将电源线水平摆放和垂直摆放﹐看干扰噪声是否有差别﹐若水平和垂直有很明显的差别﹐则可一边摆动电源线一边看频谱仪(Spectrum)上噪声之大小有否变化﹐如此便可知道电源线有否干扰。

至于若发现电源线会产生辐射时如何解决﹐一般皆不好处理﹐通常先想办法使机器内的噪声减小﹐以避免电源线的二次辐射﹐而使用Shielded线一般对辐射的影响并不大﹐故换一条不同长度的电源线﹐有时也会有很好的效果。

由这一点我们可知道﹐除了要使可册产生辐射噪声的组件远离I/O Port外﹐其也须尽量远离电源线及Switching power supply的板子﹐以免耦合到电源线上使得辐射及传导皆无法通过测试。

■步骤四

检查电缆接头端的接地螺丝是否旋紧及外端接地是否良好。

依前三项方式大略找了一下问题后﹐我们必须再做一些检查﹐因为透过这些检查﹐也许不须做任何修改﹐便可通过EMI测试。例如检查电缆端的螺丝是否锁紧﹐有时将松掉的螺丝上紧﹐可加强电缆线的屏蔽效果。另外可检查看看机器外接的Connector的接地是否良好﹐若外壳为金属而有喷漆﹐则可考虑将Connector处的喷漆刮掉﹐使其接地效果较佳。另外若使用Shielded的电缆线﹐必须检查接头端处外覆的金属纲是否和其铁盖密合﹐许多不佳的屏蔽线(RS232)多因线接头的外覆屏蔽金属纲未册和连接端的地密合﹐以致无法充份达到屏蔽的效果。

各种接头如Keyboard及Power supply常常由于接头的插头与机器上的插座间的密合度不好﹐影响了干扰噪声的辐射。检查的方式可将接头拔掉看噪声是否减小﹐减小表示两种册可﹐一为线上本身辐射干扰﹐另一为接头间接触不好﹐此时插上接头﹐用手销微将接头端左右摇动﹐看噪声是否会减小或消失﹐若会减小可将Keyboard或Power supply的连接头﹐用铜箔胶带贴一圈﹐以增加其和机器接头的密合度﹐这一点也是实测上很容易被疏忽﹐而会误判机器的EMI为何每次测时好时坏﹐或花许多时间在其它的对策上面.

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开关电源芯片U6773S的主要优势在哪些方面

智能手机不仅需要体积更小,也需要更大功率的充电器,而有源钳位反激能以更小空间释放更电力。

发表于 2018-04-11 15:54 1028次阅读
开关电源芯片U6773S的主要优势在哪些方面

传导EMI问题为何都是由共模噪声引起

大部分传导 EMI 问题都是由共模噪声引起的。而且,大部分共模噪声问题都是由电源中的寄生电容导致的。...

发表于 2018-04-10 09:14 5110次阅读
传导EMI问题为何都是由共模噪声引起

开关电源PCB Layout的电路要求和EMI要...

PCB Layout是开关电源研发过程中的极为重要的步骤和环节,关系到开关电源能否正常工作,生产是否...

发表于 2018-04-06 13:42 1036次阅读
开关电源PCB Layout的电路要求和EMI要...

智能集成BLDC电机驱动器如何进行EMI管理

本文将在汽车应用的BLDC系统中详细阐述EMI管理。BLDC电机在10-100kHz范围内的高开关频...

发表于 2018-04-02 00:08 1057次阅读
智能集成BLDC电机驱动器如何进行EMI管理

如何克服邻近电路的巨大电磁干扰源

单端数据传输仅使用一条信号线,其电势被看作接地。在信号线为信号电流提供正向通道时,接地线会提供回流通...

发表于 2018-03-28 09:18 1526次阅读
如何克服邻近电路的巨大电磁干扰源

测试电源性能时一个重要指标:噪声测量

今天,我要谈谈在测试电源性能时需要考虑的另一个重要指标:噪声测量。 电源噪声从何而来? 电源噪声的生...

发表于 2018-03-27 09:13 1459次阅读
测试电源性能时一个重要指标:噪声测量

了解高精度系统所面临EMI挑战,DIY一个雷电检...

最近的一次风暴让我不禁想到我们高精度系统所面临的 EMI 挑战。我不知道在实际中我能不能将 EMI ...

发表于 2018-03-27 09:13 1174次阅读
了解高精度系统所面临EMI挑战,DIY一个雷电检...

汽车生产的电磁干扰与焊接火花

汽车的生产过程简单来说主要包括:铸造、锻造、冷冲压、焊接、金属切削加工、热处理和装配等七个工序。其中...

发表于 2018-03-21 15:31 135次阅读
汽车生产的电磁干扰与焊接火花

如何减小PCB设计的电磁干扰

PCB设计的首要任务是要适当地选取电路板的大小,尺寸过大会因元器件之间的连线过长,导致线路的阻抗值增...

发表于 2018-03-20 15:03 668次阅读
如何减小PCB设计的电磁干扰

不再头疼EMI问题,有效降低传导辐射干扰技巧集锦

一直以来,设计中的电磁干扰(EMI)问题十分令人头疼,尤其是在汽车领域。为了尽可能的减小电磁干扰,设...

发表于 2018-03-15 11:52 1340次阅读
不再头疼EMI问题,有效降低传导辐射干扰技巧集锦

可有效应对硬件电磁干扰的几种方法

对于新手来说,在单片机的电路设计中可能不会很注意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响,但是对...

发表于 2018-03-15 10:31 3869次阅读
可有效应对硬件电磁干扰的几种方法

低通EMI滤波器中的几点关键设计考虑

EMI骚扰通常难以精确描述,滤波器的设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EM...

发表于 2018-03-14 08:44 2753次阅读
低通EMI滤波器中的几点关键设计考虑

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

发表于 2018-03-13 15:08 600次阅读
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

引入输入滤波器来滤除噪声,提高传导EMI的性能

一直以来,设计中的电磁干扰(EMI)问题十分令人头疼,尤其是在汽车领域。为了尽可能的减小电磁干扰,设...

发表于 2018-03-12 08:40 2130次阅读
引入输入滤波器来滤除噪声,提高传导EMI的性能

【转】PCB设计中降低噪声与电磁干扰的一些小窍门

发表于 2018-03-10 21:32 304次阅读
【转】PCB设计中降低噪声与电磁干扰的一些小窍门

怎样预防和解决连接器的电磁干扰问题

发表于 2018-03-07 09:12 619次阅读
怎样预防和解决连接器的电磁干扰问题

解决固定频率和恒定导通时间控制所带来的问题

具有内部补偿的高级电流模式(ACM)是TI开发的一款新型控制拓扑,可以支持真定频调制并与内部补偿同步...

发表于 2018-03-07 07:23 1629次阅读
解决固定频率和恒定导通时间控制所带来的问题

使用PCB孔来减少EMI,接地连接非常重要

很多小朋友喜欢吃甜甜圈。 每每在那些轻松惬意的亲子时刻,可爱的小宝贝们难免会好奇地开启十万个为什么的...

发表于 2018-03-02 09:07 6708次阅读
使用PCB孔来减少EMI,接地连接非常重要

E7403A EMI测试仪

发表于 2018-03-01 16:53 124次阅读
E7403A EMI测试仪

教你一个抑制可调光LED EMI的简单方法

嗯,你的新设计很牛,它差不多能满足EMI要求,但!却又不完全如此。令你吃惊的是,电路产生的传导EMI...

发表于 2018-03-01 15:14 1043次阅读
教你一个抑制可调光LED EMI的简单方法

高度集成的宽VIN同步转换器具有出色的EMI和热...

德州仪器近日推出了两个具有出色的抗电磁干扰(EMI)和热性能的宽VIN同步直流/直流降压稳压器系列。...

发表于 2018-02-26 11:12 2097次阅读
高度集成的宽VIN同步转换器具有出色的EMI和热...

PCB板信号线如何降低电磁干扰

发表于 2018-02-24 09:05 422次阅读
PCB板信号线如何降低电磁干扰

开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法 以及EM...

1、防水性,灌封胶将整个产品电气部份严密的包裹起来,与外界完全隔绝;什么水、水气、酸碱盐都挨不到电路...

发表于 2018-02-09 16:01 2379次阅读
开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法  以及EM...

超宽带EMI滤波器的设计思路

文章介绍超宽带EMI滤波器的设计思路,该滤波器的滤波频率可以达到40GHz甚至更高,在频率低端采用L...

发表于 2018-02-06 18:33 336次阅读
超宽带EMI滤波器的设计思路

高速PCB设计中所带来的干扰以及干扰处理屏蔽方法...

射频干扰(RFI)是指无线频率干扰,主要是高频干扰。无线电、电视转播、雷达及其他无线通讯是通常的射频...

发表于 2018-02-01 18:03 1374次阅读
高速PCB设计中所带来的干扰以及干扰处理屏蔽方法...

【转帖】五大开关电源EMI设计经验总结

发表于 2018-02-01 16:00 576次阅读
【转帖】五大开关电源EMI设计经验总结

增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

如果您和大多数设计人员一样,那么您可能想从本已非常紧张的设计周期中再省出一些时间。还好,有一个好方法...

发表于 2018-01-29 11:41 500次阅读
增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

开关电源最容易产生电磁干扰的地方分析

开关电源产生电磁干扰最严重的地方是开关变压器的初、次级线圈组成的电路,但它的干扰会通过感应对其它电路...

发表于 2018-01-23 15:54 1400次阅读
开关电源最容易产生电磁干扰的地方分析

SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解...

电子系统中的屏蔽主要两个目的:符合EMC规范;避免干扰。传统解决方案主要是将屏蔽罩安装在PCB上,会...

发表于 2018-01-21 10:23 1843次阅读
SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解...

EMI的含义以及电磁干扰要素的解析

电磁干扰(Electromagnetic Interference 简称EMI),直译是电磁干扰。这...

发表于 2018-01-19 16:10 1203次阅读
EMI的含义以及电磁干扰要素的解析

2018全球石墨烯九大趋势:在传感器,RFID,...

石墨烯价格的下降和产品质量的提高将有效地刺激下游应用加快发展。展望2018年,石墨烯在电子、复合材料...

发表于 2018-01-19 10:13 5112次阅读
2018全球石墨烯九大趋势:在传感器,RFID,...

剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

由于电路板集成度和信号频率随着电子技术的发展越来越高,不可避免的要带来电磁干扰,所以在设计PCB时应...

发表于 2018-01-18 16:47 1041次阅读
剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

为什么会有电磁干扰_电磁干扰产生的原因

干扰有两种模式存在,即共模模式和差模模式,“共模”干扰是指存在于线,包括场感应所引起的传导试验等等,...

发表于 2018-01-18 15:52 1538次阅读
为什么会有电磁干扰_电磁干扰产生的原因

什么是静电干扰?静电属于电磁干扰吗?

静电感应干扰是累积电荷高电压放电的电击现象。干扰表现是非持续性的,但是可以对电子设备造成永久性损害。...

发表于 2018-01-18 14:18 685次阅读
什么是静电干扰?静电属于电磁干扰吗?

设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

随着微电子技术的高速发展,实际应用对开关电源提出更苛刻的技术要求,不仅讲究高效率、高功率密度,且为保...

发表于 2018-01-12 09:39 3180次阅读
设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

EMI简介

发表于 2018-01-09 22:14 1017次阅读
EMI简介

初学者必看,详解硬件电路设计过程与电源电路解析

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板...

发表于 2018-01-07 10:10 5235次阅读
初学者必看,详解硬件电路设计过程与电源电路解析

对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...

一款屏蔽效果100db高性能屏蔽箱,可以满足wifi、zigbee、5G、bluetooth等无线通...

发表于 2017-12-28 16:17 2424次阅读
对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...

看看资深工程怎么设计RF电路板,这些思路学到就赚...

从过去到现在,RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样,一直是工程师们最难掌控的部份,甚至是梦魇...

发表于 2017-12-26 07:19 2699次阅读
看看资深工程怎么设计RF电路板,这些思路学到就赚...

PCB设计避免电磁干扰和稳定电源电压电流的几种常...

PCB( Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,是重要...

发表于 2017-12-25 15:56 3110次阅读
PCB设计避免电磁干扰和稳定电源电压电流的几种常...

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

发表于 2017-12-01 15:47 878次阅读
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

触摸屏电磁干扰,吸波材料解决方案

发表于 2017-11-15 16:27 853次阅读
触摸屏电磁干扰,吸波材料解决方案

电磁干扰知多少?——问答环节开启!!!

发表于 2017-09-13 11:57 775次阅读
电磁干扰知多少?——问答环节开启!!!