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查找产品EMC无法通过的原因

发布日期:2012-11-05 14:44 浏览次数:

  一、引言

  产品在EMC 实验室一定会有Fail 的情况,这是命中注定的。不管说设计者是不是已经使用了本书中之所有撇步,时常还是会有失控情况发生。举例来说,由供应商手中买进子系统装在我们的产品里面。这个子系统在别的系统里都很正常,但是装到我们的产品中就出状况了。或是说屏蔽机壳没有如计划般的『紧密』,等等。一连串无穷尽的事情都可能出错,为了要让测试阶段有效率,实验室的工程师必须要很快的找到问题的根本原因,并且提出解决方案。

  本文的目的是提供一些方法以协助工程师找到辐射之成因。要描述出一个『step-by-step』的测试步骤以解决所有的问题是绝不可能的。每个问题都是不同的,并且要在特定之环境下才能找到。不过还是可以有个一般性的起始程序。

  一般性的测试程序需要让EMC 工程师成为一个侦探。第一个问题永远都应该是『这个信号是从哪来的?』。第二个问题应该是『它是如何跑出屏蔽机盒的?』。将此两个问题当作是你的基本策略,可以让你在测试实验室少待一点时间。从另一方面来说,没事随机的加一些ferrite beads、铜箔胶带、滤波电容,是让你长期待在实验室的绝佳方法,并且会增加不必要的产品成本。

  二、信号从哪来?

  不幸的是,一些有经验的工程师在处理不通过之产品时,往往会忽略这个问题。然而,如果说你知道信号是从哪里来的,就较可以来追踪其耦合至机壳外的路径,然后决定最佳的解决方案。

  频率(clock)以及数据信号(data signal)是为最可能的来源。所以,系统中的频率频率以及数据率(以及其谐波)是多少?这些频率是不是吻合于问题之频率点?要记得,100Mb/s 数据率的基频是50MHz,并且是每50MHz 一根谐波。

  频谱分析仪的显示有没有提供任何之其他讯息?例如说,一个通常使用来降低时脉辐射的方法,是使用称之为『展频spread spectrum』之频率信号。此方式将时脉信号之基频以及其谐波『频率调变』(典型上对基频1%的调变)。在频谱分析仪上显示的图形就会明显的降低注以及散开。因此其名称才叫做『展频』。此一简单的频率调变形式与通信上之展频通信是无关的。

  如果在频谱分析仪上显示的信号是展开的辐射样式,则其来源就应该是启动了展频功能的频率信号。注意力就应该集中到这些相关的信号以及其布线,而不要管其他的信号。反之亦然。亦即,若是频谱仪显示的信号是窄频(narrow)而不是散开的,则就可以不要管展频的频率信号。

  另一种可能在频谱分析仪上看到的信号,可能不像是窄频信号之谐波也不像是展频信号。来自于数据信号的辐射通常都是随机的资料丛集。所以,了解这些辐射的来源可以让工程师直接排除板子上不相关的信号。

  三、 信号是如何跑出屏蔽机壳的?

  一旦对于信号之来源有些概念,就可以开始来看说信号是如何跑到机壳外面去。第一个线索就是来查看当移动或移除各种缆线时,辐射强度是否有很大的影响。

  大多数产品之屏蔽机壳实质上来说都很小,所以其本身不会是个有效的辐射器。当把各式之缆线加到产品上时,这些缆线就会让此一产品在电气上大了很多,并且变成是较有效的辐射器。

  信号要从屏蔽机壳出去只有三种方法:

  1. 由孔洞、开口、缝隙泄漏出去。

  2. 经由机壳屏蔽传导到缆线以及未屏蔽的线

  3. 由不理想的屏蔽缆线接触泄漏至机壳

  如果信号是由于上述原因溢出屏蔽机壳,移动缆线就会改变辐射之振幅。

  (一) 由孔洞、开口、缝隙泄漏出去

  一个常用的测试方法是使用近场磁场探棒在机壳边缘侦测。此方法通常可以协助指出造成辐射之开口,但是通常也可能找到并非真正造成问题的位置。事实上,此测试通常会指出某个封闭的金属角落或是封闭平面的中心点是泄漏的源头。这些错误的指示是因为近场探棒的工作原理所致,也就是说,它所量测的是电流在金属表面造成之磁场。一旦说信号从开口泄漏出去(不论开口在哪里),如果此结构是适合的大小,就可能产生一个与实体大小有关联的共振状况,信号辐射就会增强。此共振会造成在结构上之RF 电流,其电流之峰值位置是由辐射之波长所控制,而与实际之泄漏位置不太相关。此种行为与非中央馈入式耦极天线(non-center fed dipole)很像。当频率在半波耦极之共振点时,最大之电流会是在天线之中央位置,与实际之信号馈入点无关。

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