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干貨|分享一個(gè)EMC輻射抗擾度測試案例

時(shí)間：2021-09-29 15:17:44
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[導(dǎo)讀]▼點(diǎn)擊下方名片，關(guān)注公眾號(hào)▼RS（輻射抗擾度測試），又稱輻射敏感度測試，是EMC測試中最基本測試項(xiàng)目之一，主要驗(yàn)證各種裝置、設(shè)備、系統(tǒng)在存在一定外界輻射干擾的情況下抵抗輻射的一種能力。然而在實(shí)際測試中，經(jīng)常由于這樣或那樣的因素，導(dǎo)致輻射抗擾度不過，這時(shí)該如何處理呢？下面就由本人根據(jù)親身經(jīng)歷給大家分享幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：首先可通過如下文章簡單再了解下RS測試：簡單了解下(RS)射頻輻射電磁場抗擾度測試遇到的問題：公司開發(fā)了一款功能轉(zhuǎn)接板，該功能轉(zhuǎn)接板在正常運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)接板接收到控制系統(tǒng)的發(fā)出的指令后，會(huì)有揚(yáng)聲器發(fā)聲。其功能框圖如下圖所示：?功能測試框圖功能介紹：該系統(tǒng)分為兩部分，第一部分是最右側(cè)的信號(hào)控...

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RS（輻射抗擾度測試），又稱輻射敏感度測試，是EMC測試中最基本測試項(xiàng)目之一，主要驗(yàn)證各種裝置、設(shè)備、系統(tǒng)在存在一定外界輻射干擾的情況下抵抗輻射的一種能力。然而在實(shí)際測試中，經(jīng)常由于這樣或那樣的因素，導(dǎo)致輻射抗擾度不過，這時(shí)該如何處理呢？下面就由本人根據(jù)親身經(jīng)歷給大家分享幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：首先可通過如下文章簡單再了解下RS測試：簡單了解下(RS)射頻輻射電磁場抗擾度測試遇到的問題：公司開發(fā)了一款功能轉(zhuǎn)接板，該功能轉(zhuǎn)接板在正常運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)接板接收到控制系統(tǒng)的發(fā)出的指令后，會(huì)有揚(yáng)聲器發(fā)聲。其功能框圖如下圖所示：?功能測試框圖
功能介紹：該系統(tǒng)分為兩部分，第一部分是最右側(cè)的信號(hào)控制發(fā)送端，第二部分是左側(cè)的功能轉(zhuǎn)接板，功能轉(zhuǎn)接板上有按鈕動(dòng)作開關(guān)以及揚(yáng)聲器發(fā)聲驅(qū)動(dòng)模塊。產(chǎn)品正常運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)接板接收到控制系統(tǒng)的發(fā)出的指令后，會(huì)有揚(yáng)聲器發(fā)聲。
異常問題點(diǎn)：產(chǎn)品在做輻射抗擾度測試(RS測試)的過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)即使控制系統(tǒng)不給轉(zhuǎn)接板發(fā)信號(hào)，轉(zhuǎn)接板上的揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)出聲音，并且重復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)干擾在400MHz~600MHz寬頻帶范圍內(nèi)均有發(fā)生。現(xiàn)場搗鼓一下，畢竟實(shí)驗(yàn)室約一次不容易。?！，F(xiàn)場拆開產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，“這TM都誰準(zhǔn)備的樣機(jī)，線就這樣一坨，繞線跟印度學(xué)的嗎”，硬件攻城獅發(fā)自靈魂的追問。肯定是這個(gè)問題，待我整理整理線束重測一遍。然并卵用，再次測試，干擾音問題沒有改善。再再次測試，還是沒有改善。我和我的小伙伴陷入了沉默...回去以后，和部門同事們一起分析原理圖和Layout，在原有硬件基礎(chǔ)上針對(duì)性的提出如下幾個(gè)可行的方案。大概過了一周以后，終于又約到了實(shí)驗(yàn)室。開始愉快的玩耍。。。
分析原理圖部分，整個(gè)電路分為前級(jí)信號(hào)產(chǎn)生和后級(jí)驅(qū)動(dòng)兩部分，兩部分通過一個(gè)耦合電容相連。
驗(yàn)證是前級(jí)還是后級(jí)耦合進(jìn)入的干擾，這是方向性的問題，需要去首先確定。
首先音頻信號(hào)經(jīng)過信號(hào)控制發(fā)聲端發(fā)送到功能轉(zhuǎn)接板，功能轉(zhuǎn)接板接收信號(hào)后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路。因此首先去排查是前級(jí)單片機(jī)收到干擾導(dǎo)致異常發(fā)生還是后端揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)致異常發(fā)生。分析原理圖可以知道C12是鏈接前后級(jí)的耦合電容，因此先去掉C12進(jìn)行測試。

圖 1 后級(jí)電路

測試結(jié)果：發(fā)現(xiàn)去掉C12和不去掉都會(huì)干擾音產(chǎn)生，這說明RS主要是通過C12之后的后級(jí)電路進(jìn)去的。方向定了，整改的范圍也就縮小了。
針對(duì)后級(jí)電路的存在的問題做了如下整理和相應(yīng)改善措施：
問題及改善措施1：該芯片是揚(yáng)聲器功率驅(qū)動(dòng)芯片，揚(yáng)聲器在工作時(shí)，最大電流可以達(dá)到最大值400mA，分析這部分電路不難看出，驅(qū)動(dòng)芯片電源端僅放置一顆0603封裝、容值為100nF的瓷片電容C17。該部分電路存在風(fēng)險(xiǎn)。建議在PCB板上U3電源輸入口增加一個(gè)47uF的電解電容，改善重負(fù)載時(shí)芯片電源端的瞬態(tài)響應(yīng)。如下圖所示：測試結(jié)果：有一定改善，但是不明顯。
問題及改善措施2：針對(duì)圖1中揚(yáng)聲器功率驅(qū)動(dòng)部分電路專門查看了PCB Layout的布局，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器YSQ的去耦電容C13離去耦目標(biāo)揚(yáng)聲器較遠(yuǎn)，效果上達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此在PCB上做如下修改，將C13電容手動(dòng)焊接到靠近揚(yáng)聲器位置。測試結(jié)果：改善效果較措施1好一些，但是不完全解決干擾問題。
問題及改善措施3：系統(tǒng)有效信號(hào)是3kHz，干擾信號(hào)頻段在400MHz以上，有效信號(hào)與干擾之間的頻段區(qū)分明顯，因此容易設(shè)計(jì)濾波器去濾除干擾。查看電路，考慮在信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器的這段路徑中加低通濾波器，可以在R9上并聯(lián)一個(gè)33pF的電容，與R9組成截止頻率為530kHz的低通濾波器，如下圖所示：
測試結(jié)果：多個(gè)樣機(jī)反復(fù)測試，干擾噪音消失。其他改善措施：雖然最終我們找到了解決問題的方法，但是同時(shí)也對(duì)電路上的一些其他部分做了改善，如原理圖前段信號(hào)部分，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)芯片原理圖設(shè)計(jì)存在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：所有未使用引腳均懸空，未做任何端接處理，如下圖。這樣會(huì)更容易引起干擾，在原板子上將所有懸空引腳連接后接4.7k電阻接地處理。
原理圖中諸多芯片供電都是用的Buck芯片轉(zhuǎn)換來的5V電源，開關(guān)電源是強(qiáng)EMI輻射源也是容易受干擾的部分，尤其是環(huán)路部分處理不好極其容易受干擾。查看PCB Layout發(fā)現(xiàn)5V反饋網(wǎng)絡(luò)從輸出到反饋電阻的距離較遠(yuǎn)，如下圖，此網(wǎng)絡(luò)為敏感部分，采取電源方案更換，將Buck芯片部分的電路去掉，換用線性穩(wěn)壓器方案。通過這個(gè)實(shí)際案例，也吸取了一些教訓(xùn)：1、原理圖設(shè)計(jì)時(shí)候要參照測試標(biāo)準(zhǔn)做相應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要自行分析，切記盲目相信公司成熟電路，以及datasheets上的推薦電路，吃虧上當(dāng)不是一次兩次了；
2、搞原理圖的要和搞Layout的溝通好，尤其是關(guān)鍵器件的布局，要當(dāng)面溝通，并在原理圖中做好標(biāo)識(shí)；3、設(shè)計(jì)評(píng)審時(shí)候拉著工藝、結(jié)構(gòu)等同事多角度評(píng)審，最近估計(jì)還要拉上采購，因?yàn)槟阍O(shè)計(jì)好的東西可能買不到物料了；
4、測試結(jié)果應(yīng)具有可重復(fù)性，可重復(fù)性在一定程度上體現(xiàn)測試系統(tǒng)及測試方法的可靠性；

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