杜佐兵
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产品辐射发射的故障诊断与整改技术(一)

当在测试中进行试验时,最大的风险极可能是辐射发射。目前的电子产品中都普遍使用了高速数字电路和开关电源电路,所以对于时钟频率的谐波及开关电源与其他具有快速上升沿的器件,都很容易辐射电磁场。

通常的情况下,测试不合格的原因是因为连接线电缆的辐射或壳体上的缝隙或孔缝产生的泄漏。

1)辐射发射的问题检查与诊断

辐射发射由频率很高的能量产生,而这种能量可由非常小的电流或电压形成。寄生能量和交叉耦合噪声是常见的问题。任何金属物体及电路中的长尺寸导体都会成为天线,尤其是连接线电缆。因此考虑以下方面:

(1)200MHz以下的辐射能量很可能是电缆为辐射源的。在较低频率时,由于波长较长,因此导线或电缆能成为很好的天线。

(2)200MHz以上的辐射能量可能是由壳体产生的。频率越高,辐射能量的更可能是设备的壳体,或者当设备没有壳体或为开放式的框架时辐射能量最可能的是产品中的电路板。

(3)确保所有屏蔽电缆在其两端实现了低阻抗的搭接。确保屏蔽层与壳体或连接器直接端接接触。除非绝对需要,否则避免使用软辫线进行搭接。

(4)如果使用软辫线对屏蔽电缆进行搭接,那么应确保其尽可能的短连接。

(5)确保壳体的金属片之间实现极好的接触。接触电阻为10mΩ或更小。接触的地方应没有能够产生电阻的油漆或其他涂层、油脂、污垢、腐蚀或氧化。

(6)确认离开产品及设备的每条线缆都进行了滤波,且滤波器应安装在邻近线缆进出设备的位置。有关滤波器的设计可参考《物联产品电磁兼容分析与设计》。

(7)如果进行商业的测试比如FCC、CE、3C,测试数据在80MHz以下存在垂直极化的发射问题,那么应该尝试提高电源线的位置使其不与接地平面相接触。这将减小从产品到天线通过接地平面的耦合路径。反之,应尝试增加电源线与接地平面的接触,以确认发射是否增加。

(8)如果有与产品相连的辅助设备,应确认他们不是噪声源。如果可能的话,关掉辅助设备的电源。如果不能关掉辅助设备的电源,那么可以关掉受试设备的电源,仅留下辅助设备的工作。如果发射信号仍然存在,那么骚扰源可能为辅助设备而不是受试设备。

 

2)测试不通过的典型原因

大多数产品没能通过辐射发射测试的原因是连接线缆的辐射或壳体的泄漏。

连接线线缆辐射:I/O电缆或电源电缆,由于其屏蔽层与机架或壳体搭接不好或缺少足够的滤波或简单地穿过屏蔽壳体,所以通常会辐射高频谐波。

通常情况下,200MHz以下不合格的原因为电缆辐射。较低频率的发射通常都是由电缆产生的,他们的物理长度使得其能成为好的天线,天线越大,他们的发射更为有效。电缆通常为设备的最长部分,从而为最低频的发射源。其连接线的辐射发射可参考《物联产品电磁兼容分析与设计》的连接线电缆的设计。

金属机壳:较高频率通常大于200MHz的发射普遍上来自于设备的金属外壳。在较高频率,I/O电缆通常为感性,因此对于射频电流来说,其阻抗要比机壳的大;基于这个原因,机壳上的射频电流通常会产生辐射。这种情况的一个例外是受试设备为大型设备。一台较高的金属箱体,当其位于接地平面上时,在大约30~50MHz可能存在1/4波长的谐振。

一种常见的辐射源为机壳上的缝隙。设备内的电路板能在机壳的内表面上产生电流。这些高频电流可从缝隙或间隙泄露出去,然后在设备机壳或壳体外部附近流动。因此,整个壳体成了发射天线。

一种例外情况是:当电流被耦合到机壳上的点非常接近发射源时,他们中的大多数电流能够返回到发射源。这就是为什么在电路板上或电路板的参考返回平面上使用旁路电容(电容的高频通路)是非常好的。原因就是他们能与机壳实现很好的搭接。

然而,当高频电流在设备的壳体内部流动,当他们到达缝隙时,肯定能够很容易地流过这个接缝点。几mΩ的阻抗将在缝隙上产生电压,从而产生辐射强的电场。注意:水平缝隙从其顶部到底部将具有电压梯度或矢量,能产生垂直极化的电场;垂直的缝隙主要产生水平极化的电场。一种好的判断方法是:电场的主要极化-假设使用的是电场天线,然后确定这种电场是否是由搭接不好的缝隙产生。

RE在大多数情况下都是不能通过测试的:

简易的测试方法(预测阶段,不需要在电磁兼容测试实验室完成)

理论基础:任意一条载有共模电流的电缆都比机箱本身更容易辐射电磁能量。

测量替代法:

我的《开关电源电磁兼容的分析与设计》与《物联产品电磁兼容分析与设计》都有录制相关视频进行讲解。这两本书都是以实用为目的,将复杂的理论简单化,化繁为简、化简为易,从而简化了冗长的理论,可以作为在企业从事电子产品开发的相关人员进行EMC设计的参考资料。

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