电磁骚扰问题的故障点定位分析

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电磁骚扰问题的故障如何定位？一位研究电磁骚扰问题20多年的资深专家——工业和信息化部电子第五研究所（中国赛宝实验室）电磁兼容室朱立文主任，给出了极具实用指导意义的答案：从产品内主要电磁骚扰源分析骚扰源定位、产品连续传导发射问题故障定位、产品断续传导发射问题故障定位、产品辐射骚扰问题故障定位、骚扰功率问题故障定位6大方面让你从容应对电磁骚扰问题故障！

本文来自工业和信息化部电子第五研究所（中国赛宝实验室）电磁兼容室朱立文主任《电磁骚扰问题的故障点定位分析》的最新演讲材料

1．电子、电气产品内的主要电磁骚扰源

设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。
设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。
电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。
电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。
变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。
智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。
微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。
电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。
电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。
信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz（经过内部锁相倍频主频可达数GHz），高次谐波可延伸到数GHz或十几GHz 。2．骚扰源定位一般方法

2．骚扰源定位一般方法
2.1 根据测量曲线定位：依据：超标骚扰频率范围、超标骚扰频域分布、窄带还是宽带骚扰等来判断
2.2 根据被测设备工作方式和内部结构定位：
     内部结构中电路板布局是否合理?
     内部电缆走线是否合理?
     内部滤波器（滤波电路）安装是否合理?
     内部电路接地和搭接方式是否合理?
     机箱屏蔽是否满足对应产品的需求?
     有没有使用标准不建议使用的半波整流和对称/非对称电源调整电路?

2.3 根据被测设备组成和功能定位：
     设备内部有否二次电源，其工作方式？
     设备内是否有驱动电机，电机类型？
     设备内是否有变频调速电路？
     设备内是否有数码控制或智能控制电路？是否使用晶振？
     设备内是否存在程控的继电器或开关电路？
     设备正常工作是否利用电磁波或微波？
     设备内是否存在工作中的无线收发电路？

2.4 根据功能模块工作情况进行故障定位：
  若设备的各个模块可以暂停和恢复工作，可以通过逐个暂停这些模块的工作来判断骚扰来源。
  若模块不可以独立暂停和恢复工作，可以通过与该设备其它功能模块一起组合进行暂停和恢复工作，从而判断骚扰的大概来源。
  若模块不可以独立暂停和恢复工作，也可以通过用待判断模块与其它合格设备的相关功能模块组合并测量的方式，从而判断骚扰的大概来源。
  对怀疑骚扰超标的模块，可以用与合格模块臵换的方式来进行骚扰判定。

3．产品连续传导发射问题的故障定位
  电子、电气产品连续传导骚扰一般测量频率范围为150kHz-30MHz或9kHz-30MHz。
  测量分别在电源端子及负载端子和附加端子上进行。
连续传导骚扰的主要来源：
     电源整流回路的整流噪声
     交流电机的运行噪声
     直流电机的电刷噪声
     电磁感应加热设备的电磁骚扰
     智能控制设备的晶振
     数字电路电磁骚扰
     开关电源的开关频率及谐波骚扰
当我们通过骚扰定位方式找到超标点的骚扰来源后，即可采用相对应的骚扰抑制措施。

3.1 射频传导发射试验失败的原因
（1）开关电源或DC/DC变换器工作在脉冲状态，它们本身会产生很强的干扰，这种干扰既有共模分量，也有差模分量。对于一般开关电源和变换器，在1MHz以下以差模干扰为主，在1MHz以上以共模干扰为主。
                              

（2）数字电路的工作电流是瞬变的，虽然在每个电路芯片的旁边和线路板上都安装了解耦电容，但还是会有一部分瞬变电流反映在电源中，沿着电源线传导发射。
            
（3）机箱内的线路板、电缆都是辐射源，这些辐射能量会感应进电源线和电源电路本身，形成传导发射。需要注意的是，当机箱内各种频率的信号耦合进电源电路时，由于电源内有许多二极管、三极管电路，会使这些不同频率的信号相互发生混频、调制，甚至对干扰进行放大，从而导致严重的干扰。
               
3.2 对电源线的处理
（1）检查电源线附近有无信号电缆存在，有无可能是因为信号电缆与电源线之间的耦合使电源线的传导骚扰发射超标（这种情况多见于超标频率的频段较高的情况下）。如有，或拉大两者间的距离，或采取屏蔽措施。
（2）加装电源线滤波器（如果已经有滤波器。则换用高性能的滤波器），要特别注意安装位臵（尽可能放在机箱中电源线入口端）和安装情况，要保证滤波器外壳与机箱搭接良好、接地良好。

3.3 对信号线的处理
（1）注意信号线周围有无其他辐射能量（附近的布线及印刷板的布局）被引到信号线上。如有，或拉大两者的距离，或采取屏蔽措施，或考虑改变设备内部布局和印刷板的布局。
（2）在信号线上套铁氧体磁环（或铁氧体磁夹）。
（3）对信号线进行共模滤波，必要时采用滤波连接器（或滤波阵列板）。

4．产品断续传导发射问题的故障定位
例如：家电类产品断续传导骚扰标称测量频率范围148.5kHz-30MHz（实际为150kHz-30MHz）。
测量在电源端子上进行，喀呖声测量的频率点为：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz

断续传导骚扰的主要来源：
恒温控制器具，程序自动的机器和其他电气控制或操作的器具的开关操作会产生断续骚扰。
此类操作一般通过继电器和程控电子/机械开关等实现。
此类骚扰一般由继电器、开关的触点抖动及非纯阻负载通断所产生的电涌冲击形成。

        
断续传导骚扰测试存在问题的相应处理
从以上分析，我们知道若设备存在断续骚扰测试不合格，一般是由设备的程控开关操作产生的。
我们可以从以下几个方面来考虑处理对策：
一是从内部电路和结构上考虑，减少其断续骚扰，使其满足测量要求。
二是从电源电路和电源结构入手，在电源中采取适当的措施，对内部电路产生的断续骚扰加以抑制，使其满足测量标准的要求。

5．产品辐射骚扰问题的故障定位
电子、电气产品辐射骚扰场强测量频率范围30MHz-1000MHz。
测量一般在开阔场或半电波暗室中进行。
辐射骚扰的主要骚扰来源：
       开关电源的开关频率及谐波骚扰
       交流电机的运行噪声、直流电机的电刷噪声
       电磁感应设备的电磁骚扰
       智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰等
辐射发射解决框图
      
当我们通过骚扰定位方式找到辐射骚扰超标点的骚扰源后，即可采用相对应的骚扰源抑制措施。
一般来说：
首先抑制骚扰源，这可以通过优化电路设计、电路结构和排版，加强滤波和正确的接地来达到。
其次是要切断耦合途径，这可以通过正确的机壳屏蔽和传输线滤波达到。

导致辐射发射试验失败的原因：设备的辐射骚扰发射超标有两种可能：
   一种是设备外壳的屏蔽性能不完善；
   另一种是射频骚扰经由电源线和其他线缆的逸出。

判断方法是，拔掉不必要的电线和电源插头，继续做试验，如果没有任何改善迹象，则应当怀疑是设备外壳屏蔽性能不完善；
如果有所改善，则有可能是线缆的问题。
如果针对以上两种可能，采取了必要措施，仍然没有任何改进，则有可能是设备上余下线缆的问题。
工作时产生脉冲电压或电流的设备在进行辐射发射试验时容易失败。

设备产生辐射发射的原因按照影响大小排序如下：
（1）设备外拖的、没有经过滤波的非屏蔽电缆。
   设备外拖的任何电缆都是高效的辐射天线，无论这根电缆上是否传输高频信号，它都是最主要的辐射源。
   一个错误的概念是：只有传输高频信号或数字信号的电缆才会产生辐射。
   电缆产生的辐射以共模辐射为主，对于传输高频信号或数字脉冲信号的电缆，所传输的信号本身就是辐射源。
   对于传输低频或直流信号的电缆，共模电压主要由机箱内的电磁波感应上电缆，或者由线路板的地线和电源线噪声引起。

（2）高频滤波不良的电源电缆。
   另一个重要的辐射源就是滤波不良的电源线电缆，这是一个极容易被忽视的问题。
   在电源线上安装滤波器已经成为一个规范性的设计。
   但是许多人仅认识到电源线滤波器对传导发射的作用，而没有认识到它对辐射发射的影响。
   实际上很多辐射发射超标都是电源线滤波不良引起的。

（3）非屏蔽机箱（机箱内的线路板和电缆）。
  许多商业设备采用了没有经过导电涂覆处理的塑料机箱，这类机箱对电磁波没有屏蔽作用，因此线路板及内部互连电缆产生的辐射都是不容忽视的。
  一般含有微处理器电路的设备使用非屏蔽机箱很难满足商业电磁兼容标准中对辐射发射限制的要求。

（4）屏蔽层端接不良的屏蔽电缆。
  有些设备虽然采用屏蔽电缆作为互连电缆，但是电缆屏蔽层并没有接到正确的位臵，或者没有按照360°端接的原则端接，从而产生辐射。

（5）屏蔽机箱上的缝隙和孔洞
  屏蔽机箱的泄漏主要来自机箱上的孔洞和缝隙。
  特别是当孔洞和缝隙附近有电缆、线路板等辐射源时，孔洞和缝隙的泄漏十分明显。

6．骚扰功率问题的故障定位
一般认为，声频功率放大器、音/视盘机、录音机等设备，它们30MHz以上的辐射发射主要是通过与其相连的电源线和其他连接线向外辐射的。因此可以用电源线和其他连接线上的骚扰功率来定义其辐射骚扰性能。

6.1 形成骚扰功率泄漏的骚扰源分析
骚扰功率泄漏的骚扰源与辐射发射骚扰源基本相同，此处不再加以分析。
6.2 导致功率发射试验失败的原因
由于功率发射试验的频率较高（30～300MHz），因此导致这项试验失败的主要原因是电源线滤波装臵的高频插入损耗不足。
对可能存在的问题总结如下：
（1）滤波器电路没有屏蔽，这种情况经常发生在将滤波电路安装在线路板上的场合，高频干扰直接耦合进滤波电路，造成滤波器失效；
（2）滤波器本身高频性能不良，在100MHz以上插入损耗很小；
（3）使用非屏蔽机箱，导致滤波器的金属外壳无处端接；
（4）使用非屏蔽机箱，干扰直接耦合到电源线和信号线上，滤波器实际上没有起作用；
（5）在屏蔽机箱中，滤波器离电源进口过远、造成干扰直接耦合到电源线和信号线上；
（6）在屏蔽机箱中，滤波器外壳与金属机箱之间连接阻抗过大（没有直接搭接，而是通过长导线连接）；
（7）滤波器的输入线与输出线靠得很近，发生耦合，导致滤波器的高频插人损耗不足。

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十三、常见的SI问题

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2． 最常见的三种信号问题

3． 反射

4． 串扰

5． 电源/地噪音

6． EMC/EMI跟SI关系

7． SI问题的影响

8． 产生SI问题的地方

9． 工艺与频率的关系

10． 工艺与SI的关系

十四、SI分析

1． 在设计流程中的SI分析

2． 前期分析

3． 后期分析

4． SI工程师的重要性

5． SI分析原则

6． 集中式电路和分布式电路模型

7． 如何选择模拟电路模型

8． 例子

十五、电子设计中的SI问题

1． 上升时间和信号完整性

2． 传输线的种类

3． 反射产生原因

4． 如何消除反射

5． 串扰产生原因

6． 如何消除串扰

7． 电源/地噪音的种类

8． 电源/地噪音的副作用

9． 如何消除电源/地噪音

10． 电源/地模型

十六、建模与仿真

1． 几种常见的电磁建模技术

2． 好的SI仿真工具应具备那些因素

3． 常见的SI 工具

十七、信号完整性的仿真实例

1. 举例模型

2. SI分析

3. 仿真结果

4. 噪音来源及解决办法

十八、硬件测试实例（黑合测试+白盒测试）

1． 电脑行业的硬件测试方法及流程

2． 通信行业的硬件测试方法及流程

3． 家电行业的硬件测试方法及流程



● 教师简介：

李睿 （Olica  LEE） 资深信号分析专家

教育背景：中山大学　 微电子技术及应用专业 &  计算机软件 工学硕士

从业经验：

     从1998年起在中国著名IT通讯企业的研发中心担任高级硬件测试工程师，期间负责PC，服务器，各类板卡的兼容性，可靠性，稳定性测试，有着丰富的硬件测试经验，并协同制定公司内部硬件测试规范和流程；从2000年起在同一公司担任硬件设计规划，主要负责PC主板的设计，有着丰富的硬件设计经验，熟悉电子产品的开发与生产制造流程；从2002年起在同一公司担任信号分析高级主管，负责笔记本，服务器，PC等系统产品的原理图检查，PCB设计，LAYOUT设计，硬件调试，信号测试与分析，逻辑分析等工作。在高频数字信号设计，PCB设计，布线布局设计，硬件调试，信号分析，逻辑分析等方面有着丰富的项目经验；

    熟悉PCI，PCIX，USB，LAN，DDR，DDRII，PCIE，VESA，AUDIO等标准和规范；并为国内相关公司制定硬件测试流程，白盒测试流程，硬件故障分析流程，PCB设计方法，研发部新员工培训流程等；在业界有着较高的赞赏。2003年起担任国内等IT培训机构的特聘讲师：完成国内上百家大企业的几十个公开课及公司内训百场，获得学员的充分好评；

专长：

    硬件设计，硬件测试，高频数字电路设计，信号完整性分析，逻辑分析，EMC设计与调试等。

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