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1、EMI测试整改和方法总结1 实例 水平与垂直读值的差异 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 EM
2、I 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
3、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。 射天线 接收天线 1. 这是 Modem Telepho ne 的产品，读者可以很明显地看出来， 天线水平时
4、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说明： 发射天线 接收天线 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
5、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 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 勺产品，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
6、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，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
7、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 OPEN SITE 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
8、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（ 图（a）为 Desktop PC 的噪声辐射结
9、果，而图 （ b）则为在 AC Power 电 源线加上数个 Core 电源线的判断 图 （ d） 图（c）为 Desktop PC 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 图 （ f）3 J 1 IIjj Ldj. * 细 i t 图（SI(P L.MOO Gtn 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 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 在 EMI 测试时，除了天
10、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，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 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图 5 图 6 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
11、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 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
12、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)为将将 PG 寺测物转到最大角度，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. Com mon mode 与 Differe ntial mode 的判 断技巧 关于 Com mon mode 和 Differe ntial mode 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 Common mode 和 Differential mode 的重要，并有详尽的图解说明其分别造成的机制， 有的文
13、章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 。图(i) 图(j) STOP 实例四 共模与异模的判断 差异： 1. 图 7 是含有共模和异模噪声的 CC 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
14、此我们做一详细 的分析。首先看整个频带的基线 ( Base line )，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 STAHT 3Q.D Ktt W 300.0 *0 图 8 天线因子 ( Antenna Factor )的原因，亦即高于图 8 基线的整个宽带噪 声，我们可以视为 Common mode 的噪声，而其上一支支单独的噪声 可 以视为Differential mode 噪声。将噪声分布情 形分成 Com mon mode 和 Differential mode 的作用为何，主要便是要判断其分别造成的辐射 来源机制，如此帮助找到问题点及
15、对策的方法。 造成 Common mode 的原因主要是接地(Grou nd)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 Differe ntial 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 图 9 差异： 1. 图 9 是一次侧接地和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 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： 图 11 NK 1 if 凤霸 STAR
