电磁干扰诊断技巧实例报告

电磁干扰诊断技巧实例分析（上）一.前言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厌图投邀1尝接收天线为袄水平极化方饮向障图摔复2浓接收天线为姥垂直极化方某向说明：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？分析讨论先要清楚的认商识这个问题臂，首先腿必须要了解纪天线的基本填理论，我们齿先假设发射号与接收天线谁皆为偶极天乎线才。阴活发射天线肠铃俯接收天线土上图为当发境射天线与接脏收天线同方迟向时，由于岗所产生的电办磁波极化相旱同，故此时联接收天线可帮得到最大的盛共振接收强隆度福减发射天线锈屡客泼接收天线观当发射天线垃与接收天线钟不同方向时啦，则由于发葬射天线的电公磁波为水平母极化，而接检收壶天线的电磁属波为垂直极刘化，故在共寻振接收的强榜度上最小。境以上述这个笨观念来分析肃水平与垂直膊噪声的强度虫差异，当接斩收天线为水掌平时噪声强缘度较高，可封以推测此噪茧声来源主要垂是由产品内窜或外的水平翠线所造成，嘴而当接收天穗线为垂直时僵噪声强度较奶高，可以推除测此噪声来膜源主要是由炉产品内或外营的垂直线所绸造六成，也就是标从天线共振龙的角度去思碍考问题，把抱产品的辐射捐源也想象成民一假想的天找线，那么在勾相同方向其建所造成的共骨振效应会最朱大。串以这个观点仓来看问题有捞时往往很快泡能找到问题冒的重点，尤氏其是一些比告较复杂的产泻品其内部及寿外部皆有许名多导线、连假接线的产品榨，如果能先堤以水平、垂梅直的读值做灾初步的分析秘，则比较不山容易误判造纱成噪声的机屿制。遭实例二举骗禁水平与垂直刷读值的差异气图璃稻3渔图蚕龙4差异：烟1.怜图摄3源是接收天线俗为水平极化胜方向。宫2.沉图盲4截是接收天线越为垂直极化北方向。说明：及1.应此为雕CCD军的产品，这践两张图不同涉于实例四是杨垂直噪声的摸读值明显比痒水平噪声高惑。分析讨论搁关于水平与糟垂直噪声的进判断，笔者罪在此再做更察详细的说明体，水平噪声痰较高，一般听必须注意在坝待测桌上水康平部份较长堂的线以及产俩品内部水平病部份的线，给而垂直噪声悦如果是比水示平噪声高，揪那么就必须之考虑在垂直尽方向的线，滑是否造成辐臭射的问题，膏而通常最容婶易被忽略的摇就是修AC垮电源线，因犯为丙AC追电源线一般榜皆沿桌面下晶垂，所以当敞AC写电源线被耦仗合到噪声，提则会使得天即线在垂直方讲向噪声增大互，但是因为猴AC焦电源线无法逮拔掉来判断血噪声是否存准在，所以不自容易很快判喊断。夸在此介绍二形种方法以供舞读者使用，伐对于低频的揭噪声兼(倚小于保200MH愉z亦)财可以用数个辅Core予夹上，看噪仙声是否降低特，如果噪声草降低则表示弄噪声是由电离源线所辐射芒出来，对于佣高频的噪声稍(射大于弊2宪00MHz晨)炉则可将电源蜜线位置改变急或左右摇动寒，看噪声是锡否有变大或刑变小，如果补噪声会随线鹿的位置而改挂变，那么便办表示噪声是拿由电源线所桶辐射出来。刺另外由于产仇品所造成的察噪声频率点仇往往不只一日点，而各点的可能由不同额的辐射机制卫所造成，所围以可以素针对单一点到的噪声将频申谱分析仪的倾频宽展开，再然后天线转席成水平及垂融直来比较，啄这个方法看狱似简单，但苦对于比较复绪杂的系统与壁产品，其内景部及外部连堵接了许多排恨线，通常可提以有效地锁冈定问题的范挽围。军笔者亦曾经理处理过一件烈拖延甚久的该案子，由于蚕其在霸OPEN牧SITE欢测试时，垂纪直读值明显祖高过水平读宅值猛10dB其以上，且当拿人一靠近机浩器噪声亦明类显降低，针包对这两个现昂象来思考，劫结果发现有求一短的垂直钟电缆线连接铲上下机体造借成，当问题冠找到确定后桨，再做适当证的对策将是意非常有效。撕也许读者会标问，水平和抖垂直噪声的贝读值一样高想则如何来判恢断，若碰到阵这种情形，傻通常表示噪鬼声源非常强狸，故内部的却各种导线很冈容易受到耦者合，例如使帝用某些噪声熔较强的槽IC址或脸CPU粮，这时因为餐噪声能量较愉大，往往要盗从电路板内段部与组件的属Lay-拳out离、鱼Place原ment长及员Groun盘d备来下手，当粮然对策方法吸不止一种，伸诊断的方法仙也不只一种糊，可以用其梅它方法再仔殃细的分析问失题。为使读柄者能够由实疾例中了解，紧笔者亦选取脚下列数例以于帮助读者更奸了解及运用似。盼电源线的判为断夸图熄收(a)昨图印(妈b沿)率图论(a)哈为遗Deskt楚opPC苏的噪声辐射乔结果，而图院(b)叛则为在喝ACPo生wer姥电源线加上创数个裙Core钳。卫电源线的判骂断棋图火哲(c)除图合(深d先)沈图泉(c)棉为暂Deskt什opPC躬在牺300-5葬00MHz魂的噪声辐射夜结果，而图刚(d)婆则为改变仪ACPo行wer蓄电源线的形装状，结果噪族声有明显的朱差异。斤单点噪声的辞判断若图负垫(e)瞒图拌(毕f将)单图届(e)寇为将频谱分城析仪的敌Span芹降低，单独形看张172MH约z姨的噪声，此圾时天线为水妻平的方向，梨而图丘(f)疲则为同一角闹度，将天线节转成垂直来哗看，比较二晶者的差异便停可以知道主缓要为水平线底辐射所造。翠三梁.蕉最大角度判萄断技巧括在毫EMI龙测试时，除匪了天线要测抚试水平与垂浓直二个极化恰方向外，待仓测物的桌子揪并且要旋转乓360蹲度，记录最候大的噪声读压值，因此当絮发现噪声无愈法符合时，勇除了先判断桂水平和垂直旋噪声的差异衬外，便是要户将待测物旋涂转到最大的律噪声位置，域由于电子产书品其噪声的训辐射往往会萌在某一个角句度最大，而征此时待测物巨面向天线的卫位置，往往阿是造成辐射倡的来源，通毒常要分析这携位置附近的慎组件、导线糕及屏蔽效果尸，如此则较丙容易锁定范安围，再仔细浊分析问题。籍实例三格矛最大角度的含判断兴图称合5榨图浴多6差异：责1.劝图奔5杏是待测物正阵面对向接收讲天线。边2.舅图丛6指是待测物侧凡面对向接收画天线。说明：围1.团这两张图是般待测物面对牌接收天线不盘同的角度，计由于角度的白不同，很明相显地噪声的卸强度也有很茶大的差别。分析讨论涨比较上两图呼，由于待测备物面对天线盖的位置不同港，则噪声强演度明显的不贫同，这也说予明了噪声源撤是在产品的穗某一部份，举亦即靠近天虽线最大时的绒位置部份必割须仔细分析激诊断。圈这个判断方弃法也是如前播一样，可能蛇会遇到不管贪桌子是转在幻那一个角度虎，噪声强度斯皆是一样高恶，如果碰到棚这种产品，饱一般而言是址较难处理的慧，因为待测肆物的每一个靠方向噪声皆层一样强，表袄示此噪声源朋已将机器内凉的每一部份债皆感染，处且理这一类机隆器的居EMI涉问题，通常霉要花一些时拌间，有时则团要使用金属涂弹片、铜箔附或喷导电漆节来抑制噪声俊。册最大角度的句判断脾图蜓瞒(g)煎图贵(组h池)睬图效(g)割为将陶PC努待测物转到侍最大角度，威而图偏(h)灰则为用手按汤前面喷导电区漆的塑料壳磁，结果噪声露明显降低，薯故表示要加狠强导电漆与消金属铁壳的除密合导通效经果。按最大角度的催判断胃图供吐(i)泉图佩(奔j碰)辫图厦(i)解为将将湾PC弄待测物转到疯最大角度，激而图今(j)至则为用铜箔眯贴在面对天园线的谱PC只前缘外壳上张，结果噪声炮明显降低，钩故表示要加袋强该处的屏伴蔽密合效果虫。雾四唯.逮Commo糖nmod玩e蓄与烧Diffe驰renti汗almo艺de摄的判断技巧杠关于拨Commo者nmod坝e颂和世Diffe尺renti靠almo隶de贝的分析，相矮信只要接触摄过电磁干扰趟理论的读者惰都略知一二务，许多书中肆也强调蚁Commo娘nmo瓣de响和椅Diffe衡renti蔑almo冤de激的重要，并自有详尽的图温解说明其分肌别造成的机樱制，有的文烧章甚且长篇腔大论分析了注一大堆理论鸡，看了之后淡对哥Commo轰nmod塔e洋和斑Diffe召renti鞭almo花de雁是了解许多叛，但是对于标如何应用与蜡判断，可能睡还是有雾里浪看花，摸不朴着头绪的感滑觉。这主要灯的原因便是海缺少实际测盘试图形的配炒合分析，因分此笔者将重熄点放在实际押应用分析来铺说明够Commo亏nmod贝e捞和直Diffe抖renti馆almo剂de佩。荡实例四身叫共模与异模油的判断被图归瓶7招图雄育8差异：冬1.耗图分7扮是含有共模溉和异模噪声末的闷CCD曲产品。舍2.挺图宗8茅是待测物电盈源关闭后的侨背景噪声。说明：察1.荒这两张图是固比较共模和剧异模的判断设。分析讨论种图长7摘是一般测试终时最常见到焦的噪声频谱涉图形，在此鸟我们做一详傻细的分析。尖首先看整个师频带的基线我(添Base里line洞)婆，其特性为拘一宽带的噪目声，比较图轮8菜为机器关机崖时频谱分析五仪的图形，梯愈高频基线骆愈高是因加平了天线因子悼(破Anten川naF木actor鸭)尘的原因，亦距即高于图长8乡基线的整个引宽带噪声，当我们可以视暴为朋Comm模onmo丢de肺的噪声，而瓜其上一支支轮单独的噪声敬可以视为经Diffe魂renti黄almo稼de沿噪声。将噪眼声分布情形贝分成破Comm谦onmo基de凑和昏Diffe症renti颤almo尾de轮薄的作用为何毛，主要便是讽要判断其分丽别造成的辐嗽射来源机制挽，如此帮助讨找到问题点终及对策的方驰法。敏造成泰Comm以onmo岔de虹的原因主要幅是接地盟(有Groun功d像)脏与屏蔽技(币Shiel蠢d营)买，也就是当闻发现伤Comm抹onmo搅de昌的噪声非常稳高时，则要铜先考虑产品霸内的接地与珠屏蔽的问题棉。而造成状Diff筛erent乘ialm麦ode刊游的原因则主链要是线的问营题，包括电斧路板上的拥trace田线、产品内睡部的各种导散线及外部的慢连接线，故和要从各各在刻线来找出问理题，能够从贯这两个方面革先把问题厘列清，对于深烛入细部的修崇改是很有帮苗助的。锤为使读者能焰更清楚认识编与运用这个桌观念，笔者么再以下例详蝴细说明概实例五经度共模的分析惑图威呢9腐图闻莲10差异：躬1.致图仅9密是一次侧接衔地和二次侧荐的地连接在捎一起。殊2.涝图采10脂是将一次侧嗓接地和二次到侧的地分开笑。说明：社1.忍此为切换式冒电源供应器漏的产品，这虾两张图是说划明不同接地多方式所造成纪的影响。进实例六吊演异模的分析友图辈坚11极图撑拆12差异：萌1.纸图偷11续是机接废上线。衣2.离图亦12艳是机的色线取下拍。说明：楚1.次这两张图是况说明因为外仗接线所造成玩异模辐射的后效应。分析讨论准关于共模和择异模的分析卖，在实际的仪产品噪声辐盟射中，往往坏是相互混合隆的，有时无货法单纯的将拾其分成共模评和异模，这宾点在对策考服虑时也必须然做多方的判亿断，以噪声木能量的观点霉来看，当噪显声能量大多傍分布在荡Groun柔d悦上，则此时陈在频谱仪上滩则会看到滑Broa羞dband袄的噪声明显逝升高，若噪独声能量大多饭分布在怠Trace靠上，则此时耻在频谱仪上炕会看到萄Diff娘erent忽ial衫mode忍的茅Narro旗wband决噪声会增加磁。候Gro唉und虑榨籍Trace碍袜V钓N面=I渣N弯R响G射伯V柔N言∞挺I拾N超A唇T谅L败T寄源加扇Anten榜na弓希但是在实际方电路板上，稿噪声的能量许是同时会分持布在圾Groun垄d岛和多Trace率上，所以当炸Groun桶d租的面积加大称(社R驴G桨减小值)椒或花Groun益d戚的噪声减小可(锐I邮N久减小照)辩，不仅局Comm拿onmo澡de眠的辐射可降腰低，同时虚Diffe槽renti腰almo匆de花也会随之降榴低，因为原耍先在食Trace演上噪声的能描量一部份可滚被压Groun劈d箱所吸收，而遣将兵Trace固的路径减短猜或面积减小夸，则除了降圣低毁Diffe飞renti抢alm骡ode引的噪声外，视因为辐射的昆天线减小后栗，相对地填Groun扯d搬噪声藉资Trace宴所辐射的量课自然也就比哲较小，因此适这二者之间姥往往存在着展相互转换的帜关系。敌对于这个观刃念必须能够我清楚地了解浇与认识，这砌一点在电路坐板的杆Layou茂t组与对策上是飞非常重要的隔，也就是对订噪声的防制盐要能够有整惯体的认识，恋而非单独针厅对几个组件茧下对策。事助实上，从许节多的例子可设以看到，只仗是单纯在松Cryst顾ral棵上加一些电原阻、电容和即电感捷(应Bead究)激，通常无法粪有效地去抑拘制噪声噪声盘，下面这个橡例子即是实土际在亩Termi尺nal兰产品上针对朱Oscil奖lator爆对策的电路现图旅上述的范例巨在早期一直涛被一些对策璃人员视为秘挣籍，许多初幅学者看到后芽总觉得如获膀至宝，像上柱例为了抑制冰噪声，共使眠用了三个电迈容、四个电政感和一个电正阻，工程可激谓浩大，但讽是否表示就缝可以有效抑驰制噪声的辐餐射，答案是家否定的。印这也是许多猜R&D妨工程师刚开应始遇到咏EMI凭困扰时，总声是信心满满锡认为只要在娃适当的地方艇加上滤波对姓策即可，结汉果花了许多皇时间却一直绑不能放弃噪谈声而感到困枯扰与挫折。组这是因为没纵有对噪声的盏特性先做一反评估，又缺何少林EMI概整体对策的均观念，所以始有时低频噪欲声抑制下来捡，结果高频炸却又无法符以合，或者渡120MH怪z月噪声减低，稿但费160MH筐z趴噪声却又升课高，如此反所反复覆是非吹常耗时的。恰五阻.不Harmo女nic王谐波的剖判断技巧技大部份噪声鞋测试的频谱慢图，皆可以卡看到如下之霜一支支等距忽的噪声，这逝一支支等距恶的档噪声亦即为喊噪声的谐波级，通常可由矮其判断噪声烤的来源。勿实例七针锁谐波的分析亲图刘误13较图劳搅14差异：匠1.摘图吗13凯是使用她28MHz阻的齐CCD弃产品，经过逐除频后为候14MHz塘。榨2.芒图间14屋是使用元14MHz借的无线麦克歼风的产品。说明：雕1.来这两张图是屡介绍谐波分忍析的技巧，诉计算一支支通等距噪声的夫频率差。分析讨论勇计算每一支头等距噪声差缓为网14墓MHz云，此表示出底有一个坏14傍MHz傍的翠Clock滨信号所造成巧，或者是经著过除频后有陆14尚MHz揉的信号产生屋。由于在电寇路板上往往耻会使用数个棍不同频率的启Cryst番al浸，以致有时送无法判断是箭那一个揉析Cryst拼al谊所造成，利烘用这个方法寒有时可以很排快的确定是码那一个咐Cryst无al驼造成，然后剂再做对策，自如此可省除套逐一拆除遍蜡Cryst令al若判建断，或者在灵电路板上逐否一割线判断拜的麻烦。多六悄.栋噪声点展开镰的验判断技巧臭除了使用谐秘波的观念来寒判断噪声的伴来源外，尚轨可将噪声点蛛展开来判断胜，也就是将替频谱分析仪裁的饮Span移减小，然后剖研究造成的辉机制。状实例八谊偷噪声展开的叶分析免图肝衔15梯图石泪16差异：袋1.锅图版15汁是惧TVGa演me求由魂30-30普0MHz塑的噪声辐射朝。晓2.腹图初16格是将其中较它高的噪声展竟开。说明：过1.雄这两张图是蹄介绍噪声展宵开分析的技绘巧。分析讨论疮由于造成辐天射噪声的成盘因很多，而语产品也可能验有多种功能切组件会引起玉噪声干扰，雄通常频谱分踪析仪设定由放30MHz危测到德300MH堂z柔，如此可以拘很快看出有阔那些噪声无结法符合，但拒是因为频宽郑设定太大，舅故