EMI测试整改和方法总结1

1、.EMI辐射测试整改和方法总结一 .文章写得不错，值得推荐，这本书EMC电磁兼容设计与测试案例分析(第2版)也不错可以看看，呵呵关于电磁干扰的对策，许多刚接触的工程师往往面临一个问题，虽然看了不少对策的书籍，但是却不知要用书中的那些方法来解决产品的EMI 问题。这是一个很实际的问题，看别人修改似乎没什么困难，对策加了噪声便能适当的降低，而自己修改时下了一大堆对策，找了一大堆的问题点，却总不能有效地降低噪声。事实上，这往往也是EMI修改最耗时间的地方，笔者把一些基本的判断方法做详细的介绍，以提供刚入门或正面临EMI困扰问题的读者参考，整理了一些原则与判断技巧，希望能够对读者有帮助。二. 水平、垂

2、直判断技巧EMI的测试接收天线分为水平与垂直二个极化，亦即要分别测试记录此二个天线方向的最大读值，噪声必须要在天线为水平及垂直测量时皆能符合规格，测量天线要测量量水平及垂直二个方向，除了要记录到噪声最大时的读值外，也能显示出噪声的特性，由这个特性的显示，我们可初步判断造成EMI 问题的重点，对于细部的诊断是很有帮助的，通常这个方法是很容易为修改对策人员所忽略。在本期的分析中，笔者要介绍几种EMI的判图技巧，也就是如何从静态的频谱分析仪所得到的.专业专注.噪声频谱图做初步的分析，另外也会介绍一般对策修改人员最常用的一些动态分析技巧。许多工程师常常花了许多时间与精神，却感觉无法掌握到重点，可能就是

3、缺乏基本分析的技巧，在噪声的判断上有一些混淆，如果能够掌握一些分析方法，可以节省不少对策的时间。这里所提的一些方法，一直被不少资深的EMI工程师视为秘诀，因为其中往往是累积了多年的心得与经验才体悟出来的方法，而这些方法通常都是非常有效的。实例一水平与垂直读值的差异图 1 接收天线为水平极化方向图 2接收天线为垂直极化方向说明：.专业专注.1. 这是 Modem&Telephone 的产 品，读者 可以 很明 显地 看出来，天线水平时的噪声和垂直时的噪声有很大的差异，那么这其中代表了什么意义呢？分析讨论要清楚的认识这个问题，首先必须要了解天线的基本理论，我们先假设发射与接收天线皆为偶极天

4、线。发射天线接收天线上图为当发射天线与接收天线同方向时，由于所产生的电磁波极化相同，故此时接收天线可得到最大的共振接收强度发射天线接收天线.专业专注.当发射天线与接收天线不同方向时，则由于发射天线的电磁波为水平极化，而接收天线的电磁波为垂直极化，故在共振接收的强度上最小。以上述这个观念来分析水平与垂直噪声的强度差异，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，也就是从天线共振的角度去思考问题，把产品的辐射源也想象成一假想的天线，那么在相同方向其所造成的共振效应会最大。以

5、这个观点来看问题有时往往很快能找到问题的重点，尤其是一些比较复杂的产品其内部及外部皆有许多导线、连接线的产品，如果能先以水平、垂直的读值做初步的分析，则比较不容易误判造成噪声的机制。实例二水平与垂直读值的差异.专业专注.图3图4差异：1. 图3是接收天线为水平极化方向。2. 图4是接收天线为垂直极化方向。说明：1. 此为CCD的产品，这两张图不同于实例四是垂直噪声的读值明显比水平噪声高。分析讨论关于水平与垂直噪声的判断，笔者在此再做更详细的说明，水平噪声较高，一般必须注意在待测桌上水平部份较长的线以及产品内.专业专注.部水平部份的线，而垂直噪声如果是比水平噪声高，那么就必须考虑在垂直方向的线，

6、是否造成辐射的问题，而通常最容易被忽略的就是AC电源线，因为AC电源线一般皆沿桌面下垂，所以当AC电源线被耦合到噪声，则会使得天线在垂直方向噪声增大，但是因为AC电源线无法拔掉来判断噪声是否存在，所以不容易很快判断。在此 介绍 二 种方 法以 供读 者使 用，对于 低频 的噪 声 (小 于 200MHz)可以用 数个 Core 夹 上，看噪 声是 否降 低，如果 噪声 降低 则表 示 噪声是由电 源线 所辐 射出 来 ，对 于高 频的 噪声 (大 于 200MHz)则 可将 电源线位置改变或左右摇动，看噪声是否有变大或变小，如果噪声会随线的位置而改变，那么便表示噪声是由电源线所辐射出来。另外由

7、于产品所造成的噪声频率点往往不只一点，而各点可能由不同的 辐射 机制 所造 成 ，所 以可 以针对单一点的噪声将频谱分析仪的频宽展开，然后天线转成水平及垂直来比较，这个方法看似简单 ，但对于比较复杂的系统与产品 ，其内部及外部连接了许多排线，通常可以有效地锁定问题的范围。笔者亦曾经处理过一件拖延甚久的案子，由于其在OPENSITE测试 时，垂 直 读 值明 显 高 过 水 平 读 值 10dB 以 上，且 当 人一 靠近 机 器 噪声亦明显降低，针对这两个现象来思考，结果发现有一短的垂直电缆线连接上下机体造成，当问题找到确定后，再做适当的对策将是非常有效。也许读者会问，水平和垂直噪声的读值一样

8、高则如何来判断，若碰到这种情形，通常表示噪声源非常强，故内部的各种导线很容易.专业专注.受到耦合，例如使用某些噪声较强的IC或CPU，这时因为噪声能量较大，往 往要 从电 路板 内部 与 组件 的 Lay -out、 Placement及 Ground来下手，当然对策方法不止一种，诊断的方法也不只一种，可以用其它方法再仔细的分析问题。为使读者能够由实例中了解，笔者亦选取下列数例以帮助读者更了解及运用。电源线的判断图 (a)图 (b)图 (a) 为 Desktop PC的噪 声辐 射结 果，而图 (b) 则为在 AC Power电源线加 上数 个 Core 。电源线的判断.专业专注.图 (c)图

9、 (d)图 (c) 为 DesktopPC在 300-500MHz的噪 声辐 射结 果 ，而 图 (d) 则 为 改变 AC Power 电 源 线的 形状 ，结 果噪 声有 明显 的差 异 。单点噪声的判断图 (e)图 (f)图 (e) 为 将频 谱分 析仪 的 Span 降低 ，单 独看 172MHz的噪 声，此时天 线 为 水 平 的 方 向 ，而 图 (f) 则 为 同 一 角 度 ，将 天线 转 成 垂 直 来 看 ，比较二者的差异便可以知道主要为水平线辐射所造。三. 最大角度判断技巧.专业专注.在EMI测试时，除了天线要测试水平与垂直二个极化方向外，待测物的桌子并且要旋转360度，

10、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。实例三最大角度的判断图5图6差异：1. 图5是待测物正面对向接收天线。2. 图6是待测物侧面对向接收天线。.专业专注.说明：1. 这两张图是待测物面对接收天线不同的角度，由于角度的不同，很明显地噪声的强度也有很大的差别。分析讨论比较上两图，由于待测物面对天线的位置不同，则噪声强度明显的不同，这也说明了噪

11、声源是在产品的某一部份，亦即靠近天线最大时的位置部份必须仔细分析诊断。这个判断方法也是如前一样，可能会遇到不管桌子是转在那一个角度，噪声强度皆是一样高，如果碰到这种产品，一般而言是较难处理的，因为待测物的每一个方向噪声皆一样强，表示此噪声源已将机器内的每一部份皆感染，处理这一类机器的EMI问题，通常要花一些时间，有时则要使用金属弹片、铜箔或喷导电漆来抑制噪声。最大角度的判断.专业专注.图 (g)图 (h)图 (g) 为将 PC 待测 物转 到最 大角 度，而图 (h) 则为 用手 按前 面 喷导 电漆的塑料壳，结果噪声明显降低，故表示要加强导电漆与金属铁壳的密合导通效果。最大角度的判断图 (i

12、)图 (j).专业专注.图 (i) 为 将将 PC 待 测 物 转到 最大 角度 ，而 图 (j) 则 为 用 铜 箔 贴 在 面 对天线的PC前缘外壳上，结果噪声明显降低，故表示要加强该处的屏蔽密合效果。四 . Common mode与 Differential mode的判断技巧关于 Commonmode 和 Differentialmode 的 分 析，相信 只要 接触过 电 磁 干 扰 理 论 的 读 者 都 略 知 一 二 ， 许 多 书 中 也 强 调 Commonmode 和 Differentialmode 的 重要 ，并 有详 尽的 图解 说明 其分 别 造成的机制，有的文章

13、甚且长篇大论分析了一大堆理论，看了之后对 Common mode和 Differential mode是了 解许 多 ，但 是对 于如 何应用与判断，可能还是有雾里看花，摸不着头绪的感觉。这主要的原因便是缺少实际测试图形的配合分析，因此笔者将重点放在实际应用分析 来说 明 Common mode和 Differential mode。实例四共模与异模的判断.专业专注.图7图8差异：1.图 7是含有共模和异模噪声的CCD产品 。2.图 8是待测物电源关闭后的背景噪声。说明 ：1.这两张图是比较共模和异模的判断。分析讨论图7是一般测试时最常见到的噪声频谱图形，在此我们做一详细的 分 析 。 首 先

14、 看整 个 频 带 的 基 线 (Baseline) ，其 特 性 为 一 宽 带 的 噪声，比较图8为机器关机时频谱分析仪的图形，愈高频基线愈高是因加 了 天 线 因 子 (AntennaFactor)的 原 因， 亦 即高 于 图 8 基 线 的 整 个.专业专注.宽 带噪 声，我们 可以 视 为Commonmode 的噪 声，而 其 上一 支 支单独 的 噪 声 可 以 视 为 Differentialmode噪 声 。 将 噪 声 分 布 情 形 分 成Commonmode 和 Differentialmode的作 用为 何 ，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

15、问题点及对策的方法。造成Common mode的原因 主要 是接 地 (Ground)与屏 蔽(Shield)，也就 是 当发 现Common mode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Differential mode的 原因则主要 是线 的问 题 ，包括 电 路板 上的 trace 线 、产 品内 部的 各种 导线及外部的连接线，故要从各各在线来找出问题，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。为使读者能更清楚认识与运用这个观念，笔者再以下例详细说明实例五共模的分析.专业专注.图9图10差异：1.图 9是一次侧接地和

16、二次侧的地连接在一起。2.图 10是将一次侧接地和二次侧的地分开。说明 ：1.此为切换式电源供应器的产品，这两张图是说明不同接地方式所造成的影响。实例六异模的分析.专业专注.图11图12差异：1.图 11是传真机接上电话线 。2.图 12是传真机的电话线取下 。说明 ：1.这两张图是说明因为外接线所造成异模辐射的效应。分析讨论关于共模和异模的分析，在实际的产品噪声辐射中，往往是相互混合的，有时无法单纯的将其分成共模和异模，这点在对策考虑时也必须做多方的判断，以噪声能量的观点来看，当噪声能量大多分布在 Ground上 ，则 此时 在 频谱 仪上 则会 看到Broadband的 噪声 明.专业专注

17、.显升高 ，若 噪声 能量 大多 分 布在 Trace 上 ，则此时 在频 谱仪 上会 看到Differentialmode 的 Narrowband噪声 会增 加。G r o u n dTr a c eVN = I NRGVNI NATLTA n t e n n a但 是 在 实 际 电 路 板 上 ，噪 声 的 能 量 是 同 时 会 分 布 在 Ground和Trace 上 ，所以 当 Ground的面 积加 大 (R G减小 )或 Ground的噪 声 减 小(I N 减 小 ) ， 不 仅Commonmode的 辐 射 可 降 低 ， 同 时 Differentialmode 也 会

18、 随 之 降 低 ， 因 为 原 先 在 Trace 上 噪 声 的 能 量 一 部 份 可 被Ground所 吸 收 ， 而 将 Trace 的 路 径 减 短 或 面 积 减 小 ，则 除 了 降 低Differentialmode的 噪 声 外 ， 因 为 辐 射 的 天 线 减 小 后 ， 相 对 地Ground噪 声 藉 Trace 所 辐 射 的量 自 然 也 就比 较 小 ，因 此 这 二 者之 间往往存在着相互转换的关系。对于这个观念必须能够清楚地了解与认识，这一点在电路板的Layout与对 策 上是 非常 重要 的，也就 是对 噪声 的防 制要 能够 有整 体的认识，而非单独

19、针对几个组件下对策。事实上，从许多的例子可以看到 ，只 是单 纯在 Crystral上 加一 些电 阻、电容 和电 感 (Bead) ，通常无法 有效 地去 抑制 噪 声噪 声，下面 这个 例子 即是 实际 在 Terminal产品上 针对 Oscillator对策 的电 路图.专业专注.上述的范例在早期一直被一些对策人员视为秘籍，许多初学者看到后总觉得如获至宝，像上例为了抑制噪声，共使用了三个电容、四个电感和一个电阻，工程可谓浩大，但是否表示就可以有效抑制噪声的辐射，答案是否定的。这也是许多R&D 工程师刚开始遇到EMI 困扰时，总是信心满满认为只要在适当的地方加上滤波对策即可，结果

20、花了许多时间却一直不能放弃噪声而感到困扰与挫折。这是因为没有对噪声的特性先做一评估，又缺少EMI整体对策的观念，所以有时低频噪声抑制下来，结果高 频却 又无 法符 合 ，或 者 120MHz噪声 减低 ，但 160MHz噪 声却又升高，如此反反复覆是非常耗时的。五 .Harmonic 谐波的判 断技巧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。实例七谐波的分析.专业专注.图13图14差异：1.图 13是使用 28MHz 的 CCD产品，经过除频后为 14MHz 。2.图 14是使用 14MHz 的无线麦克风的产品 。说

21、明 ：1.这两张图是介绍谐波分析的技巧，计算一支支等距噪声的频率差。分析讨论计算 每一 支 等距 噪声 差为 14MHz ，此表 示出 有 一个 14MHz 的Clock 信 号所 造成 ，或 者是 经过 除频 后有 14MHz 的信 号产 生 。 由于 在电路板 上往 往会 使用 数 个不 同频 率的 Crystal ，以致 有时 无 法判 断是那一个Crystal所 造成 ，利 用这 个方 法 有时 可以 很快 的确 定是 那一.专业专注.个 Crystal造成 ，然 后再 做对 策，如此 可省 除逐 一拆 除Crystal 判 断，或者在电路板上逐一割线判断的麻烦。六 . 噪声点展开的判

22、 断技巧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 Span 减 小，然后 研 究造 成的 机制。实例八噪声展开的分析.专业专注.图15图16差异：1.图 15是TV Game 由30-300MHz 的噪声辐射 。2.图 16是将其中较高的噪声展开。说明 ：1.这两张图是介绍噪声展开分析的技巧。分析讨论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 300MHz，如 此可以很快看出有那些噪声无法符合，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 ，如 果 我 们将 频谱 的 Span 减 小，此 时便可发现展开