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文章詳情
關于EMC輻射發(fā)射整改一些心得體會
日期：2024-10-19 07:52
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摘要： 當一個產品無法通過 EMI 測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能 有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的 EMI 工程師﹐由于修改過許多相關 產品﹐對于產品可能造成 EMI 問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下**﹐當然一般皆可能 非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐*后發(fā)現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方 ﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次 ﹐甚而多次確認。這是因為造成 EMI 的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故...
當一個產品無法通過 EMI 測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能 有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的 EMI 工程師﹐由于修改過許多相關 產品﹐對于產品可能造成 EMI 問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下**﹐當然一般皆可能 非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐*后發(fā)現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方 ﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次 ﹐甚而多次確認。這是因為造成 EMI 的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故反復的做 確認及診斷是非常重要的。
將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐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﹐許多** EMI 工程師在其對策處理 時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成 EMI 問題的 關鍵﹐才是解決 EMI 的*佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和 精力。
步驟一：
將桌子轉到待測（EUT）*大發(fā)射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關掉 EUT 電源加以確認。 （說明）
由于 EMI 測試上﹐EUT 必須轉 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﹐當我們發(fā)現無法通過測試時﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收*大高度﹐然 后將桌子轉到*差角度﹐此時我們知道在 EUT 面對天線的這一面輻射*強﹐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過等。
另外須注意的是要關掉 EUT 的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實是由 EUT 所產生。曾見 測試 Monitor 一直無法解決某一點的干擾﹐結果其噪聲是由 PC 所造成而非 Monitor 的問題﹐ 亦有在 OPEN SITE 測試 Monitor 發(fā)現某幾點無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應是 Monitor 產生﹐結果關掉電源發(fā)現噪聲依然存在﹐所以關掉 EUT 電源的步驟是必須的﹐而且通 常容易被忽略。
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板內的噪聲輻射 出來。事實上﹐仔細分析造成 EMI 的關鍵﹐我們可以用一個很簡單的模式來表示。
任何 EMI 的 Source 必須要有天線的存在﹐才能產生輻射的情形﹐若僅單獨存在噪聲源而沒 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﹐*重要的查破壞產生輻射的條件----天線。 以往我們*?？吹秸?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﹐因為這一部份在電路板布線（Layout)時就 須仔細考慮﹐若板子已完成則此時可變動的空間就非常小﹐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。屏蔽所牽涉的材質與花費亦甚高﹐濾 波的方式則是?？梢?Bead 電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時候是我們 沒有解決其輻射的天線效應。一般而言﹐噪聲的能量并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避免噪聲輻射到空間（輻射測試） 或由電源傳出（傳導測試）。 在此我們整理了產生輻射常見的幾種情形供讀者參考。
（1）機器外部連接之電纜成為輻射天線
由于機器本身外部所連接的電纜成為天線效應﹐將噪聲輻射到空間﹐此時噪聲的大小和電纜 的長度有關﹐因電纜的天線效應相對于噪聲半波長時共振情形會*大﹐也往往是造成 EMI 無法 通過測試。在解決這個問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費時間。
（a）噪聲是由機器內部電路板或接地所產生
此情形為將電纜取下﹐或加一 Core 則噪聲減低或消失。此時必須做的一個步驟是將線靠近機器 （不須直接連接）看噪聲是否會存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實判定由機器內部產生﹐若將 電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時請參考（b）的說明。
（b）噪聲是由機器內部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。
這一點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﹐而是機器本身的噪聲能 量相當大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實際測試中﹐我們發(fā)現許多通訊 產品有這類情形發(fā)生﹐此時若單純用 Core 或 Bead 去處理﹐并不能真正的解決問題。
（2）機器內部的引線﹐連接線成為輻射天線
由于許多產品內部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當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﹐看 噪聲是否會增大或減小。
（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耦合成為發(fā)射天線﹐此種情形當外部電纜都取下﹐而僅 剩電路板時﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時可用探棒測量電路板噪聲*強的地方﹐找 到輻射的問題加以解決。關于探測的工具及方法﹐將于后詳細說明。
（4）電路 板上的組件成為輻射來源
由于所使用的 IC 或 CPU 本身在運作時產生很大的輻射﹐使得 EMI 測試無法通過﹐卵石種情往 往在經過（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類似的組件 ﹐看 EMI 特性是否會好一些。另外就是電路板重新布線時﹐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 經過 ﹐ 當然 若情況 允許﹐ 將 整個 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*關鍵的地方就是電線的問題﹐當有了適 當的天線條件存在很容易就產生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應的主因 ﹐這是在許 EMI 對策中*容易疏忽的。
步驟三：
電源線無法移去﹐可在其上夾 Core 或水平垂直擺動﹐看噪聲是否有減小或變化。若產品有電 池設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成為輻射天線﹐尤其是 Desktop PC 類產品﹐往往 300MHz 以上的 噪聲會由空間耦合到電源線上﹐所以判斷產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（可一次多加數個） 判斷﹐對于 200MHz 以上 的噪聲﹐由于此時 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)現電源線會產生輻射時如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機器內的噪聲減 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﹐有時也會有很好的效果。
由這一點我們可知道﹐除了要使可冊產生輻射噪聲的組件遠離 I/O Port 外﹐其也須盡量遠離電 源線及 Switching power supply 的板子﹐以免耦合到電源線上使得輻射及傳導皆無法通過測 試。
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。
依前三項方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因為透過這些檢查﹐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﹐有時將松掉的螺絲上緊﹐可 加強電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機器外接的 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﹐此時插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動﹐看 噪聲是否會減小或消失﹐若會減小可將 Keyboard 或 Power supply 的連接頭﹐用銅箔膠帶貼 一圈﹐以增加其和機器接頭的密合度﹐這一點也是實測上很容易被疏忽﹐而會誤判機器的 EMI 為何每次測時好時壞﹐或花許多時間在其它的對策上面.
將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐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﹐許多** EMI 工程師在其對策處理 時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成 EMI 問題的 關鍵﹐才是解決 EMI 的*佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和 精力。
步驟一：
將桌子轉到待測（EUT）*大發(fā)射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關掉 EUT 電源加以確認。 （說明）
由于 EMI 測試上﹐EUT 必須轉 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﹐當我們發(fā)現無法通過測試時﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收*大高度﹐然 后將桌子轉到*差角度﹐此時我們知道在 EUT 面對天線的這一面輻射*強﹐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過等。
另外須注意的是要關掉 EUT 的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實是由 EUT 所產生。曾見 測試 Monitor 一直無法解決某一點的干擾﹐結果其噪聲是由 PC 所造成而非 Monitor 的問題﹐ 亦有在 OPEN SITE 測試 Monitor 發(fā)現某幾點無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應是 Monitor 產生﹐結果關掉電源發(fā)現噪聲依然存在﹐所以關掉 EUT 電源的步驟是必須的﹐而且通 常容易被忽略。
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板內的噪聲輻射 出來。事實上﹐仔細分析造成 EMI 的關鍵﹐我們可以用一個很簡單的模式來表示。
任何 EMI 的 Source 必須要有天線的存在﹐才能產生輻射的情形﹐若僅單獨存在噪聲源而沒 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﹐*重要的查破壞產生輻射的條件----天線。 以往我們*?？吹秸?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﹐因為這一部份在電路板布線（Layout)時就 須仔細考慮﹐若板子已完成則此時可變動的空間就非常小﹐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。屏蔽所牽涉的材質與花費亦甚高﹐濾 波的方式則是?？梢?Bead 電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時候是我們 沒有解決其輻射的天線效應。一般而言﹐噪聲的能量并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避免噪聲輻射到空間（輻射測試） 或由電源傳出（傳導測試）。 在此我們整理了產生輻射常見的幾種情形供讀者參考。
（1）機器外部連接之電纜成為輻射天線
由于機器本身外部所連接的電纜成為天線效應﹐將噪聲輻射到空間﹐此時噪聲的大小和電纜 的長度有關﹐因電纜的天線效應相對于噪聲半波長時共振情形會*大﹐也往往是造成 EMI 無法 通過測試。在解決這個問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費時間。
（a）噪聲是由機器內部電路板或接地所產生
此情形為將電纜取下﹐或加一 Core 則噪聲減低或消失。此時必須做的一個步驟是將線靠近機器 （不須直接連接）看噪聲是否會存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實判定由機器內部產生﹐若將 電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時請參考（b）的說明。
（b）噪聲是由機器內部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。
這一點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﹐而是機器本身的噪聲能 量相當大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實際測試中﹐我們發(fā)現許多通訊 產品有這類情形發(fā)生﹐此時若單純用 Core 或 Bead 去處理﹐并不能真正的解決問題。
（2）機器內部的引線﹐連接線成為輻射天線
由于許多產品內部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當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﹐看 噪聲是否會增大或減小。
（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耦合成為發(fā)射天線﹐此種情形當外部電纜都取下﹐而僅 剩電路板時﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時可用探棒測量電路板噪聲*強的地方﹐找 到輻射的問題加以解決。關于探測的工具及方法﹐將于后詳細說明。
（4）電路 板上的組件成為輻射來源
由于所使用的 IC 或 CPU 本身在運作時產生很大的輻射﹐使得 EMI 測試無法通過﹐卵石種情往 往在經過（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類似的組件 ﹐看 EMI 特性是否會好一些。另外就是電路板重新布線時﹐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 經過 ﹐ 當然 若情況 允許﹐ 將 整個 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*關鍵的地方就是電線的問題﹐當有了適 當的天線條件存在很容易就產生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應的主因 ﹐這是在許 EMI 對策中*容易疏忽的。
步驟三：
電源線無法移去﹐可在其上夾 Core 或水平垂直擺動﹐看噪聲是否有減小或變化。若產品有電 池設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成為輻射天線﹐尤其是 Desktop PC 類產品﹐往往 300MHz 以上的 噪聲會由空間耦合到電源線上﹐所以判斷產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（可一次多加數個） 判斷﹐對于 200MHz 以上 的噪聲﹐由于此時 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)現電源線會產生輻射時如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機器內的噪聲減 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﹐有時也會有很好的效果。
由這一點我們可知道﹐除了要使可冊產生輻射噪聲的組件遠離 I/O Port 外﹐其也須盡量遠離電 源線及 Switching power supply 的板子﹐以免耦合到電源線上使得輻射及傳導皆無法通過測 試。
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。
依前三項方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因為透過這些檢查﹐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﹐有時將松掉的螺絲上緊﹐可 加強電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機器外接的 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﹐此時插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動﹐看 噪聲是否會減小或消失﹐若會減小可將 Keyboard 或 Power supply 的連接頭﹐用銅箔膠帶貼 一圈﹐以增加其和機器接頭的密合度﹐這一點也是實測上很容易被疏忽﹐而會誤判機器的 EMI 為何每次測時好時壞﹐或花許多時間在其它的對策上面.
