系统EMC整改

1、为什么在很多情况下为了抑制噪声信号我们都采用接地的方法,而不是接电源的方法?地和电源在多层 PCB 上面都是其中的一层,按照电压零点相对性来说即使是电源层不是也可以作为电压零点吗?
 
答1:接地也可以说接参考点,既然是参考点就要能起到参考作用。认为是地,就是说起码认为这里是零,没有任何阻抗(实际上是不是要看 layout)。电源输出阻抗如果是零的话,当然也可以做参考点,也可以作为噪声信号的旁路通道。
 
答2:信号的地有几种意思:1.绝对地——EARTH ,大地;2.相对地——GROUND,参考地;3.无地——有时为了减少干扰,信号的 0/1,故意是彼此相对值,而不是与地相对值,即信号 0 并不取为地。比如CAN 中的信号就如此。硬件设计的难点之一,就是如何解决好接地问题,从IC 芯片,到一个大系统都如此。
 
答3:用示波器探头上的地线夹夹电源有可能会烧掉示波器噢。示波器探头上的地线夹是与示波器电源线的地线相连的(如果不是隔离探头的话)。用它夹电源会将电源直接对地短路。用不同探头的地线夹夹在不同电位的点上也会短路的。所以推荐的做法是示波器电源通过一个隔离变压器接入市电。或者象我们通常做的那样,将示波器电源线上的地线脚拔掉,以绝后患。接地和隔离是我们在设计和测试中应该时刻注意的问题。
 
答4:虽然电源层和地层交流上都是电压零点,但相对而言地层更干净一点,所以通常是接地而不是电源。
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2、我现在在对外壳有一圈金属装饰件的机器做静电测试,测试中遇到:接触放电 4k 时 32k晶振没问题,空气放电 8k 停振的问题,如何处理?
 
答:有金属的话,空气放电和接触放电效果差不多,建议你在金属支架上喷绝缘漆试试。
 
3、请说明一下什么时候用分割底层来减少干扰,什么时候用地层分区来减少干扰。
 
答:分割底层,我还没听说过,什么意思?是否能举个例子。 地层分割,主要是为了提高干扰源和被干扰体之间的隔离度,如数模之间的隔离。当然分割也会带来诸如跨分割等信号完整性问题,利用ansoft 的SIwave 可以方便的检查任意点之间的隔离度。当然提高隔离度,还有其它办法,分层、去耦、单点连接、都是办法,具体应用的效果可以用软件仿真。
 
4、公司新做了一款手机,在做 3C 认证时有一项辐射指标没过,频率为 50-60M,超过了5dB,应该是充电器引起的,就加了几个电容,其它的没有,电容有 1uF,100uF 的。请问有没有什么好的解决方案(不改充电器只更改手机电路)。在手机板的充电器的输入端加电容能解决吗?
 
答1:电容大的加大,小的改小,串个BIT,不过是电池导致的可能性不是很大。
 
答2:你将变频电感的外壳进行对地短接和屏蔽试试。
 
5、PCB 设计如何避免高频干扰?
 
答:避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加 ground guard/shunt traces 在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。
 
6、PCB 设计中差分信号线中间可否加地线?
 
答:差分信号中间一般是不能加地线。因为差分信号的应用原理最重要的一点便是利用差分信号间相互耦合(coupling)所带来的好处,如flux cancellation,抗噪声(noise immunity)能力等。若在中间加地线,便会破坏耦合效应。
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7、适当选择 PCB 与外壳接地的点的原则是什么?
 
答:选择 PCB 与外壳接地点选择的原则是利用 chassis ground 提供低阻抗的路径给回流电流(returningcurrent)及控制此回流电流的路径。例如,通常在高频器件或时钟产生器附近可以借固定用的螺丝将 PCB的地层与chassis ground 做连接,以尽量缩小整个电流回路面积,也就减少电磁辐射。
 
8、在电路板尺寸固定的情况下,如果设计中需要容纳更多的功能,就往往需要提高 PCB 的走线密度,但是这样有可能导致走线的相互干扰增强,同时走线过细也使阻抗无法降低,请介绍在高速(>100MHz)高密度 PCB 设计中的技巧?
 
答:在设计高速高密度PCB 时,串扰(crosstalk interference)确实是要特别注意的,因为它对时序(timing)与信号完整性(signal integrity)有很大的影响。以下提供几个注意的地方:
 
1.控制走线特性阻抗的连续与匹配。
 
2.走线间距的大小。一般常看到的间距为两倍线宽。可以透过仿真来知道走线间距对时序及信号完整性的影响,找出可容忍的最小间距。不同芯片信号的结果可能不同。
 
3.选择适当的端接方式。
 
4.避免上下相邻两层的走线方向相同,甚至有走线正好上下重迭在一起,因为这种串扰比同层相邻走线的情形还大。
 
5.利用盲埋孔(blind/buried via)来增加走线面积。但是PCB 板的制作成本会增加。 在实际执行时确实很难达到完全平行与等长,不过还是要尽量做到。除此以外,可以预留差分端接和共模端接,以缓和对时序与信号完整性的影响。
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EMC整改是指产品在功能调试或EMC测试过程中出现问题后所采取的弥补手法。
 
EMC整改与EMC设计的差异,辐射发射问题整改方法,RE问题整改,RE问题定位概述。整改的前提是定位,没有定位过程的整改就像无头的苍蝇一样到处乱撞,有的时候即使问题搞定了,工程师们也不知道哪些整改措施是必须的,哪些是多余的;定位有两种手段:一种是直觉判断,需要完全依靠工程师积累的EMC经验来判断,另一种是比较测试,依靠测试仪器和EMC经验的结合来对问题进行详细的定位判断。
 
适当调整滤波器件参数:适当调整X/Y电容的容值、差模电感及共模扼流圈的感量;需要注意的是:调整Y电容时要注意安全问题;改变参数可能会改善某一段的辐射,但是却会导致另外频度变差,所以需要不断的试,才能找到最好的组合。
 
结构件搭接处是否喷有绝缘漆,采用砂布将绝缘漆擦掉,作比较试验。系统接地线同样可能引起宽带噪声 检查接地螺钉是否喷有绝缘漆;独立窄带尖蜂噪声抑制方法 谱线问题描述:全频段内出现间隔均匀的窄带尖蜂群噪声或单立尖蜂噪声。问题定位:如果是均匀的窄带尖蜂群噪声,计算其间隔频率差是多少,这个频率差可能就是其辐射源的基频;如果是单立的尖蜂噪声,则看看这个尖蜂噪声和单板上的时钟频率是否有倍频关系。 问题整改:有针对性的处理确定的目标时钟源。
 
时钟源或时钟走线是否靠近屏蔽结构孔缝,检查是否有时钟源或者时钟走线靠近结构开孔,可以采用在孔缝上使用屏蔽材料的方法作测试比较。 结构屏蔽设备的孔缝泄漏确定 对于结构屏蔽设备,孔缝处理不当会导致很大的辐射泄漏,严重的时候会彻底破坏结构的屏蔽效能。定位结构上哪处泄漏的方法有:使用频谱仪和近场探头沿结构孔缝处进行扫描,确定泄漏点; 在暗室内转动转台和改变天线极化方式,寻找辐射最大时的转台角度以及天线的极化状态,并保持住,再进行处理。
 
找到影响最大的泄漏缝后,采用簧片或导电布等屏蔽材料进行处理,或者检查此处结构搭接是否有喷漆等不良因素。
 
接口辐射之接口电路设计 通过插拔电缆或在电缆上加可开合的磁环比较测试结果来确定是否有接口辐射引起超标;对于无隔离器件的接口,其外出信号线处设置接地桥,以保证其信号回流。
 
接口辐射之屏蔽电缆处理 屏蔽电缆的屏蔽效果取决于以下几个环节: 电缆屏蔽层和电缆lead的360度搭接;电缆屏蔽层的类型(编织屏蔽比锡箔屏蔽要好);时钟等关键信号插针定义处理 无论是设备外出时钟信号还是产品内部的板间时钟信号,其连接器插针定义一定要为:GND-CLK-GND的模式。能用同轴线走时钟最好,且要保证同轴头外壳的良好接地。 高密集型尖蜂群噪声的抑制方法,谱线问题描述:在某些频段内出现无任何规律可寻的高密集型尖蜂群噪声。问题定位:对于这些噪声,单板上没有任何时钟频率和其有关系,并且非常密集,一般来说属于总线噪声;问题整改:有针对性的处理总线源。
 
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总线过孔处的地过孔设置是否合理,信号线换层过孔附近无地过孔(过孔距离较远)的情况,桔黄色虚线为回流面积区,下图为走线换层过孔附近有地过孔,可以看出下图较上图有较小的信号回流面积,所以辐射能大大减小。
 
 
外壳放电问题之电流路径确定 确定静电泄放路径,方法是将设备的外壳平铺开,沿放电点到设备接地点画直线,一般来说,这条直线就是静电电流的泄放途径;检查此条路径是否“通畅”之一 是否存在结构孔缝,导致静电产生的场通过孔缝向设备内部辐射; 解决方法:采用铜箔、铝箔或导电布将此孔缝“电堵住”进行比较试验。检查此条路径是否“通畅”之二 如果放电点和接地点在设备的不同结构件部位(即两个点不在一个完整的金属体上),则检查这两个金属件之间的电搭接是否良好,一般来说,需要关注搭接的地方是否大面积接触,没有喷绝缘漆。
 
泄放途径附近是否有内部电缆 静电电流泄放途径附近是否存在设备内走线,特别是当放电路径上存在结构缝隙时,缝隙附近有信号线;解决方法:1、改变此电缆的走线方式,远离放电途径或放电途径上的孔缝;2、在信号线上增加磁环,切断静电感应的共模电流; 泄放途径附近是否有敏感电路 检查泄放途径附近是否存在敏感电路(如复位电路、控制电路、音视频电路等),特别是泄放途径中存在孔缝时,孔缝附近的敏感电路极易被静电干扰; 解决方法:用屏蔽材料堵住孔缝;设备接地端子是否作金属化处理 如下图所示,设备接地光通过螺钉的螺纹连接是不可靠的,应该在落空四周作金属化处理,金属化区的面积和接地线的垫片大小一致即可,以保证大面积搭接。
 
接口连接器静电问题处理,静电枪对连接器金属外壳进行放电时容易出现问题,原因是连接器的外壳一般都接在单板地上,从而静电电流会流进单板产生问题; 解决方法:1、保证连接器的金属外壳和设备的金属外壳良好接触,使静电电流直接从设备外壳泄放到大地上,可以采用导电布、锯齿簧片等屏蔽材料来保证连接器的外壳和设备外壳良好搭接;2、避免复位信号电路、片选信号线以及控制信号电路等敏感电路靠近接口连接器。
 

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