【精品】EMC电磁兼容诊断技巧实例分析(上).docx

电磁干扰诊断技巧实例分析（上）关于电磁干扰的对策，许多刚接触的工程师往往而临一个问题，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I］寸间的地方，笔者把一些基本的判断方法做详细 的介绍，以提供刚入门或正而临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肓二个极化，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肓测量时皆能符合规格，测量天线要测量 量水平及垂育二个方向，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木期的分析中，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，可能就是缺乏基木 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，一肓被不少资深的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图2接收天线为垂直极化方向说明:1 .这是Modem&Tel ephone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 天线皆为偶极天线发射天线接收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START 30.0 )Mz - STOP 300.0 >tiz图3START 30.0 航 STOP 300.0 加图4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的产品，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）为Desktop PC的噪声辐射结果，而图（b）则为在AC Power电源线加上数个Core o电源线的判断图（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界。

单点噪声的判断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（f）则为同一角度，将天线转成垂直來看，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START 30.0 MHz STOP 300.0 Mz图5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 也有很大的差别分析讨论比较上两图，由于待测物而对天线的位置不同，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⑴图（I）为将将PC待测物转到最大角度，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・ Common mode与Differential mode的判断技巧关于Common mode和Differential 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REF 60.0 0B刈START 30.0 MHZ STOP 300.0 MHz图7REF 80.0 dBARBM100 kHz VBW1 MH2 SWP11a******60 bsSTART 30.0 闭z STOP 300.0 MHz图8差异：1・图7是含有共模和异模噪声的CCD产品2 •图8是待测物电源关闭后的背最噪声说明:1 •这两张图是比较共模和异模的判断分析讨论图7是一般测试吋最常见到的噪声频谱图形，在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 Common 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 及对策的方法。

造成Common mode的原因主要是接地(Ground)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 Differential 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处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HzR8w10VBWiswp60START 30.0 IMZSTOP 300.0 MHz9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START 30.0 MHZ STOP 300.0 MHz图H图12差异：1 •图11是机接上线2 •图12是机的线取下说明:1 •这两张图是说明因为外接线所造成异模辐射的效应分析讨论关于共模和异模的分析，在实际的产品噪声辐射中，往往是相互混合的，有时无法 单纯的将其分成共模和异模，这点在对策考虑时也必须做多方的判断，以噪声能量的观 点来看，当噪声能量大多分布在Ground上，则此时在频谱仪上则会看到Broadband的 噪声明显升高，若噪。