您当前的位置：检测资讯 > 科研开发
嘉峪检测网 2021-10-15 22:38
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策基础知识
电磁干扰三要素
•电磁干扰三要素：骚扰源、敏感设备、耦合路径
骚扰源：产生电磁骚扰的电路或设备，即脉冲电压(du/dt)、脉冲电流（di/dt）。
敏感源：受这种干扰影响的电路或设备。
耦合路径：将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。
三个要素缺一不可，只要缺失三个其中的任何一个因素，电磁干扰现象就不会发生。
电磁干扰抑制就是将三个之中的一个去掉，或减少骚扰源、增强敏感设备抗干扰能力或者切断耦合途径。
电磁兼容常用测量单位
功率：dBm
电压：dBuV
电流：dBuA
场强：dBuV/m、 dBuA/m
时域和频域
a.正弦波在频域内是一根谱线。
b.周期信号频域内是无穷根谱线。图b）是50%占空比方波信号，没有偶次谐波。但理想的方波并不存在。
c.非周期（数据、地址）信号的频谱是连续分布。
周期信号的频谱
Tr表示上升时间
d 表示脉冲宽度
A 表示幅值
梯形脉冲所含波形幅值：
共模和差模
差模电流：信号线-回流线电流，大小相等方向相反。
差模电压：信号线-回流线间电压。
共模电流：线-大地间电流，方向相同。
共模电压：线-大地间电压。
有用信号都是差模的，骚扰可能是差模的，也可能是共模的。
电场和磁场
•电压产生电场，电场强度正比于电压，反比于距离
•电流产生磁场，磁场强度正比于电流，反比于距离
电场天线和磁场天线
电场天线
磁场天线
根据麦克斯韦方程，变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场。
设备内每个电路都可能是等效磁场天线。
机壳和电缆都可能是等效电场天线的一部分。
天线效应
1.设备内的每根布线/电缆/金属都是“天线”。
2.线长度>波长的1/20，就能成为天线。
3.100MHz信号的5次谐波为500MHz，3cm长的布线就可能成为天线！
4.长度为信号波长的1/4时，便是一个将信号转变成场的极好的转换器。
5.设备内部电缆及外接电缆很容易成为天线。
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策辐射发射
辐射发射的实质
辐射发射的实质：主要是EMI共模电流流过产品中“等效天线”引起的。
电流驱动模型
辐射发射问题的定位分析过程
•RE定位过程：
1、定位并解决电缆（信号线/电源线）导致的超标。（骚扰路径）
2、定位并解决结构屏蔽不良导致的超标。（骚扰路径）
3、定位并解决单板（包括开关电源）导致的超标。（骚扰源头，从设计出发）
定位工具
定位并解决电缆（信号/电源）导致的超标
•RE超标的整机定位详细流程
定位并解决结构屏蔽不良导致的超标
•屏蔽体泄漏定位流程
定位并解决结构屏蔽不良导致的超标
定位并解决单板（包括开关电源）导致的超标
宽带噪声问题
–端口增加L，C滤波：
•注意：Y电容会引起安全漏电流问题。
•注意：改变参数只会改善局部频段辐射，其他部分有可能变差，需找到最理想的组合。
–电源电路：
•MOS管驱动电阻最好能大于或等于47R，降低驱动速度有利于改善MOS管与变压器的辐射。
•在变压器与MOS管D极管脚上套一个磁珠，以降低MOS管电流的变化速度，又能降低输出噪音。
•在DS之间加电容。
•变压器初次级间加屏蔽。
窄带噪声问题
–晶振电路处理：
•注意阻抗匹配，否则会导致产品工作失常。
a. R1为预留匹配设计，阻值22～51欧姆之间，可根据实际情况进行调整或更换为磁珠处理，C1为预留设计,可根据实际情况进行增加或调整处理。
b. 根据超标的频率选择电容的容值，选择范围为：10pF～0.1uF，典型值为1000pF。
c. 晶振金属外壳在PCB设计时需定义为地网络属性。
—显示屏时钟信号导致超标：
常见错误的做法
辐射发射产品整改案例
•某医疗设备辐射测试图
辐射发射产品整改案例
•步骤1：分析该产品的组网配置
•步骤2：按照上述流程图的思路依次拔掉相关的电源线缆和信号线缆，对比测量波形前后的变化情况，注意每一步措施的变量最好只有一个。
•步骤3：找到相应的干扰源头和干扰路径：
宽带干扰源：整流器、24V开关电源
宽带干扰源：触摸屏、工控机、PCL
干扰路径：电源线、信号线、地环路、PCB印制线
•步骤4：
开关电源、整流器的DC端加共模电感滤波
触摸屏、PCL时钟及晶振电路滤波
优化器件布局及线缆走线方式
•步骤5：优化方案，导入量产！
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策传导发射
传导发射的实质
•传导骚扰测试的目的是考量产品或系统从电源端口、信号端口向电网或信号网络传输的骚扰。其实质就是测量接收机在LISN端规定阻抗上采样得到的电压值。
导致传导发射超标的原因
开关电源或DC/DC变换器的开关脉冲
数字电路的瞬变电流
极少部分的空间耦合
传导发射整改与定位
•从电源、电缆、单板三个方面考虑
–电源线或者信号线远离骚扰源。
–线缆上加屏蔽。
–整改电源板：
•更换通过EMC认证的医标电源；
•MOS管驱动电阻最好能大于或等于47R，降低驱动速度有利于改善MOS管与变压器的辐射；
•在变压器与MOS管D极之间串磁珠，以降低MOS管电流的变化速度，又能降低输出噪音；
•变压器屏蔽。
传导发射常用的整改器件
滤波器的安装方式
传导发射产品整改案例
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策静电放电
静电放电干扰的实质
ESD干扰是一种瞬态共模干扰，频率300MHz
ESD电流流过PCB是电路受干扰的主要原因
ESD有传导干扰和空间耦合干扰两种形式
ESD干扰有累积效应
静电放电整改对策
•减小ESD产生的电磁干扰（EMI）影响电子产品或设备的方法：
完全阻止ESD的产生
阻止或减小因ESD产生的EMI耦合到电路或设备
提高敏感电路的ESD抗扰性
修改软件
如何完全阻止ESD的产生？
在金属外壳上涂绝缘漆，或贴一层绝缘膜，使绝缘强度大于20KV。
加大绝缘外壳的孔洞、缝隙与内部电路的距离，通常2cm左右的距离可以完全隔离掉静电干扰。
用绝缘物质堵住放电孔缝。
如何阻止或减小因ESD产生的EMI耦合到电路或设备？
将ESD干扰旁路到地，且接地电阻要尽量小。
采用屏蔽电缆，且电缆两端屏蔽层必须与金属壳体360°搭接，以减小壳体之间的电位差，同时避免空间耦合。
在互连电缆上加共模扼流圈，以减小ESD干扰造成的共模压降。
端口滤波，增加RC、LC滤波电路。
如何提高敏感电路的ESD抗扰性？
采用TVS管进行静电抑制（TVS管为瞬态抑制二极管），并使用限流电阻进行限流（必要时串磁珠并电容），如下图所示，也可选用抗静电能力较强的接口芯片。
修改软件
•软件ESD抑制措施分为两类：刷新、检查并且恢复。
刷新：涉及到周期性地复位到休止状态的系统，定期刷新显示器和指示器状态。
检查/恢复：在一定间隔时间被激活，以确认程序是否在完成某个功能，如果这个功能没有实现，一个恢复程序被激活并执行。
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策电快速瞬变脉冲群
电快速瞬变脉冲群干扰的实质
特点：频谱较宽（达几十兆）、能量较小，有累积效应，它是一种共模干扰。一般不会造成设备损坏，但容易造成设备误动作、显示屏花屏等现象。
EFT发生器内部结构图
脉冲群波形
单个脉冲波形
电快速瞬变脉冲群干扰的方式
1）通过电源线直接传导至设备的电源，导致电路的电源线有过大的噪声电压。
2）干扰能量在电源线传导的过程中，向空间辐射，这些辐射能量感应到邻近的信号电缆上，对信号电缆连接的电路形成干扰。
3）干扰信号通过信号电缆进入设备电路或在电缆上传输时，产生的二次辐射能量感应进电路，对电路形成干扰。
电快速瞬变脉冲群整改对策
•针对脉冲群干扰的共模特性，有以下整改思路：
改变干扰电流路径。
尽可能快速的把共模干扰泄放到大地，降低干扰信号对地阻抗。
加大干扰信号对设备电路特别是敏感电路的共模阻抗。
减少PCB单板环路，减小EFT干扰空间耦合的可能性。
端口加共模电感
端口加高频磁珠
电快速瞬变脉冲群整改对策
交流端口加EFT抑制器
控制线加铁氧体磁环
电快速瞬变脉冲群整改对策
•提高被测设备内部电路的抗干扰能力：
对PCB引出的模拟信号传输端口数字化或采用变压器隔离。
对PCB引出的数字信号采用光耦隔离或变压器隔离。
对数字电路，所有未使用的输入端口与地或电源连接，不可悬空。
对有CPU的智能电路，在软件中加入抗干扰指令并采用“看门狗电路”。
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策浪涌
浪涌干扰的实质
特点：us级，能量大，破坏力强，分差模和共模两种，容易造成开关电源损坏，保险丝烧坏。
浪涌发生器内部结构图
浪涌测试失败的原因
•浪涌脉冲的上升时间较长，脉冲较宽，不含较高的频率成分，因此对电路的干扰以传导为主。
•过高的差模电压导致输入器件击穿损坏，或者导致线路与地之间的绝缘层击穿。
•对于有较大平滑电容的整流电路，过电流使器件损坏是可能发生。
浪涌整改对策
•因为能量特别大，普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效，必须使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌抑制器件才行。
•浪涌抑制器的共同特性：
阻抗在有浪涌电压与没浪涌电压时不同
正常电压下，阻抗很高，对电路的工作没有影响
当有浪涌电压时，阻抗变得很低，将浪涌能量旁路掉
浪涌整改对策 – 常用整改器件
浪涌抑制器
气体放电管
压敏电阻
浪涌整改对策 – 压敏和气体管的应用
压敏电阻：470V、560V、620V，如10D471
气体放电管：注意耐压AC1500V
保险丝：不要选快融规格
几种瞬态干扰的比较
几种瞬态抑制器的比较
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策电压跌落
电压跌落整改对策
•采用带PFC的开关电源，尽量不用线性电源
•使用UPS
•在整流器之后增加电容的容量
第四部分 常见不合格问题分析及整改对策传导抗扰度& 辐射抗扰度
传导抗扰度、辐射抗扰度干扰的实质
干扰波形
CS测试频段：150K-80MHz 传导干扰+辐射干扰
RS测试频段：80M-2500MHz 空间辐射→传导干扰
传导抗扰度、辐射抗扰度整改对策
•思路一：减少EUT连接线缆的射频干扰
线缆双绞传输、减小线缆长度、改变走线方式
线缆屏蔽或加磁环
接地处理
•思路二：加强EUT外壳及敏感电路的屏蔽
金属机箱的孔缝处理
金属机箱的搭接处理
•思路三：提高EUT内部电路的抗扰性
端口滤波（磁珠、电感、电容）
数字电路隔离
PCB布线，减小环路面积
来源：致众医疗器械资讯
