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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-10-15 22:38
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策基礎(chǔ)知識
電磁干擾三要素
•電磁干擾三要素：騷擾源、敏感設(shè)備、耦合路徑
騷擾源：產(chǎn)生電磁騷擾的電路或設(shè)備，即脈沖電壓(du/dt)、脈沖電流（di/dt）。
敏感源：受這種干擾影響的電路或設(shè)備。
耦合路徑：將干擾源產(chǎn)生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。
三個(gè)要素缺一不可，只要缺失三個(gè)其中的任何一個(gè)因素，電磁干擾現(xiàn)象就不會發(fā)生。
電磁干擾抑制就是將三個(gè)之中的一個(gè)去掉，或減少騷擾源、增強(qiáng)敏感設(shè)備抗干擾能力或者切斷耦合途徑。
電磁兼容常用測量單位
? 功率：dBm
? 電壓：dBuV
? 電流：dBuA
? 場強(qiáng)：dBuV/m、 dBuA/m
時(shí)域和頻域
a.正弦波在頻域內(nèi)是一根譜線。
b.周期信號頻域內(nèi)是無窮根譜線。圖b）是50%占空比方波信號，沒有偶次諧波。但理想的方波并不存在。
c.非周期（數(shù)據(jù)、地址）信號的頻譜是連續(xù)分布。
周期信號的頻譜
Tr表示上升時(shí)間
d 表示脈沖寬度
A 表示幅值
梯形脈沖所含波形幅值：
共模和差模
差模電流：信號線-回流線電流，大小相等方向相反。
差模電壓：信號線-回流線間電壓。
共模電流：線-大地間電流，方向相同。
共模電壓：線-大地間電壓。
有用信號都是差模的，騷擾可能是差模的，也可能是共模的。
電場和磁場
•電壓產(chǎn)生電場，電場強(qiáng)度正比于電壓，反比于距離
•電流產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度正比于電流，反比于距離
電場天線和磁場天線
電場天線
磁場天線
根據(jù)麥克斯韋方程，變化電場產(chǎn)生變化磁場，變化磁場產(chǎn)生變化電場。
設(shè)備內(nèi)每個(gè)電路都可能是等效磁場天線。
機(jī)殼和電纜都可能是等效電場天線的一部分。
天線效應(yīng)
1.設(shè)備內(nèi)的每根布線/電纜/金屬都是“天線”。
2.線長度>波長的1/20，就能成為天線。
3.100MHz信號的5次諧波為500MHz，3cm長的布線就可能成為天線！
4.長度為信號波長的1/4時(shí)，便是一個(gè)將信號轉(zhuǎn)變成場的極好的轉(zhuǎn)換器。
5.設(shè)備內(nèi)部電纜及外接電纜很容易成為天線。
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策輻射發(fā)射
輻射發(fā)射的實(shí)質(zhì)
輻射發(fā)射的實(shí)質(zhì)：主要是EMI共模電流流過產(chǎn)品中“等效天線”引起的。
電流驅(qū)動(dòng)模型
輻射發(fā)射問題的定位分析過程
•RE定位過程：
1、定位并解決電纜（信號線/電源線）導(dǎo)致的超標(biāo)。（騷擾路徑）
2、定位并解決結(jié)構(gòu)屏蔽不良導(dǎo)致的超標(biāo)。（騷擾路徑）
3、定位并解決單板（包括開關(guān)電源）導(dǎo)致的超標(biāo)。（騷擾源頭，從設(shè)計(jì)出發(fā)）
定位工具
定位并解決電纜（信號/電源）導(dǎo)致的超標(biāo)
•RE超標(biāo)的整機(jī)定位詳細(xì)流程
定位并解決結(jié)構(gòu)屏蔽不良導(dǎo)致的超標(biāo)
•屏蔽體泄漏定位流程
定位并解決結(jié)構(gòu)屏蔽不良導(dǎo)致的超標(biāo)
定位并解決單板（包括開關(guān)電源）導(dǎo)致的超標(biāo)
寬帶噪聲問題
–端口增加L，C濾波：
•注意：Y電容會引起安全漏電流問題。
•注意：改變參數(shù)只會改善局部頻段輻射，其他部分有可能變差，需找到最理想的組合。
–電源電路：
•MOS管驅(qū)動(dòng)電阻最好能大于或等于47R，降低驅(qū)動(dòng)速度有利于改善MOS管與變壓器的輻射。
•在變壓器與MOS管D極管腳上套一個(gè)磁珠，以降低MOS管電流的變化速度，又能降低輸出噪音。
•在DS之間加電容。
•變壓器初次級間加屏蔽。
窄帶噪聲問題
–晶振電路處理：
•注意阻抗匹配，否則會導(dǎo)致產(chǎn)品工作失常。
a. R1為預(yù)留匹配設(shè)計(jì)，阻值22～51歐姆之間，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整或更換為磁珠處理，C1為預(yù)留設(shè)計(jì),可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增加或調(diào)整處理。
b. 根據(jù)超標(biāo)的頻率選擇電容的容值，選擇范圍為：10pF～0.1uF，典型值為1000pF。
c. 晶振金屬外殼在PCB設(shè)計(jì)時(shí)需定義為地網(wǎng)絡(luò)屬性。
—顯示屏?xí)r鐘信號導(dǎo)致超標(biāo)：
常見錯(cuò)誤的做法
輻射發(fā)射產(chǎn)品整改案例
•某醫(yī)療設(shè)備輻射測試圖
輻射發(fā)射產(chǎn)品整改案例
•步驟1：分析該產(chǎn)品的組網(wǎng)配置
•步驟2：按照上述流程圖的思路依次拔掉相關(guān)的電源線纜和信號線纜，對比測量波形前后的變化情況，注意每一步措施的變量最好只有一個(gè)。
•步驟3：找到相應(yīng)的干擾源頭和干擾路徑：
?寬帶干擾源：整流器、24V開關(guān)電源
?寬帶干擾源：觸摸屏、工控機(jī)、PCL
?干擾路徑：電源線、信號線、地環(huán)路、PCB印制線
•步驟4：
?開關(guān)電源、整流器的DC端加共模電感濾波
?觸摸屏、PCL時(shí)鐘及晶振電路濾波
?優(yōu)化器件布局及線纜走線方式
•步驟5：優(yōu)化方案，導(dǎo)入量產(chǎn)！
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策傳導(dǎo)發(fā)射
傳導(dǎo)發(fā)射的實(shí)質(zhì)
•傳導(dǎo)騷擾測試的目的是考量產(chǎn)品或系統(tǒng)從電源端口、信號端口向電網(wǎng)或信號網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)尿}擾。其實(shí)質(zhì)就是測量接收機(jī)在LISN端規(guī)定阻抗上采樣得到的電壓值。
導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)的原因
開關(guān)電源或DC/DC變換器的開關(guān)脈沖
數(shù)字電路的瞬變電流
極少部分的空間耦合
傳導(dǎo)發(fā)射整改與定位
•從電源、電纜、單板三個(gè)方面考慮
–電源線或者信號線遠(yuǎn)離騷擾源。
–線纜上加屏蔽。
–整改電源板：
•更換通過EMC認(rèn)證的醫(yī)標(biāo)電源；
•MOS管驅(qū)動(dòng)電阻最好能大于或等于47R，降低驅(qū)動(dòng)速度有利于改善MOS管與變壓器的輻射；
•在變壓器與MOS管D極之間串磁珠，以降低MOS管電流的變化速度，又能降低輸出噪音；
•變壓器屏蔽。
傳導(dǎo)發(fā)射常用的整改器件
濾波器的安裝方式
傳導(dǎo)發(fā)射產(chǎn)品整改案例
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策靜電放電
靜電放電干擾的實(shí)質(zhì)
ESD干擾是一種瞬態(tài)共模干擾，頻率300MHz
ESD電流流過PCB是電路受干擾的主要原因
ESD有傳導(dǎo)干擾和空間耦合干擾兩種形式
ESD干擾有累積效應(yīng)
靜電放電整改對策
•減小ESD產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）影響電子產(chǎn)品或設(shè)備的方法：
完全阻止ESD的產(chǎn)生
阻止或減小因ESD產(chǎn)生的EMI耦合到電路或設(shè)備
提高敏感電路的ESD抗擾性
修改軟件
如何完全阻止ESD的產(chǎn)生？
在金屬外殼上涂絕緣漆，或貼一層絕緣膜，使絕緣強(qiáng)度大于20KV。
加大絕緣外殼的孔洞、縫隙與內(nèi)部電路的距離，通常2cm左右的距離可以完全隔離掉靜電干擾。
用絕緣物質(zhì)堵住放電孔縫。
如何阻止或減小因ESD產(chǎn)生的EMI耦合到電路或設(shè)備？
將ESD干擾旁路到地，且接地電阻要盡量小。
采用屏蔽電纜，且電纜兩端屏蔽層必須與金屬殼體360°搭接，以減小殼體之間的電位差，同時(shí)避免空間耦合。
在互連電纜上加共模扼流圈，以減小ESD干擾造成的共模壓降。
端口濾波，增加RC、LC濾波電路。
如何提高敏感電路的ESD抗擾性？
采用TVS管進(jìn)行靜電抑制（TVS管為瞬態(tài)抑制二極管），并使用限流電阻進(jìn)行限流（必要時(shí)串磁珠并電容），如下圖所示，也可選用抗靜電能力較強(qiáng)的接口芯片。
修改軟件
•軟件ESD抑制措施分為兩類：刷新、檢查并且恢復(fù)。
刷新：涉及到周期性地復(fù)位到休止?fàn)顟B(tài)的系統(tǒng)，定期刷新顯示器和指示器狀態(tài)。
檢查/恢復(fù)：在一定間隔時(shí)間被激活，以確認(rèn)程序是否在完成某個(gè)功能，如果這個(gè)功能沒有實(shí)現(xiàn)，一個(gè)恢復(fù)程序被激活并執(zhí)行。
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策電快速瞬變脈沖群
電快速瞬變脈沖群干擾的實(shí)質(zhì)
特點(diǎn)：頻譜較寬（達(dá)幾十兆）、能量較小，有累積效應(yīng)，它是一種共模干擾。一般不會造成設(shè)備損壞，但容易造成設(shè)備誤動(dòng)作、顯示屏花屏等現(xiàn)象。
EFT發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
脈沖群波形
單個(gè)脈沖波形
電快速瞬變脈沖群干擾的方式
1）通過電源線直接傳導(dǎo)至設(shè)備的電源，導(dǎo)致電路的電源線有過大的噪聲電壓。
2）干擾能量在電源線傳導(dǎo)的過程中，向空間輻射，這些輻射能量感應(yīng)到鄰近的信號電纜上，對信號電纜連接的電路形成干擾。
3）干擾信號通過信號電纜進(jìn)入設(shè)備電路或在電纜上傳輸時(shí)，產(chǎn)生的二次輻射能量感應(yīng)進(jìn)電路，對電路形成干擾。
電快速瞬變脈沖群整改對策
•針對脈沖群干擾的共模特性，有以下整改思路：
改變干擾電流路徑。
盡可能快速的把共模干擾泄放到大地，降低干擾信號對地阻抗。
加大干擾信號對設(shè)備電路特別是敏感電路的共模阻抗。
減少PCB單板環(huán)路，減小EFT干擾空間耦合的可能性。
端口加共模電感
端口加高頻磁珠
電快速瞬變脈沖群整改對策
交流端口加EFT抑制器
控制線加鐵氧體磁環(huán)
電快速瞬變脈沖群整改對策
•提高被測設(shè)備內(nèi)部電路的抗干擾能力：
對PCB引出的模擬信號傳輸端口數(shù)字化或采用變壓器隔離。
對PCB引出的數(shù)字信號采用光耦隔離或變壓器隔離。
對數(shù)字電路，所有未使用的輸入端口與地或電源連接，不可懸空。
對有CPU的智能電路，在軟件中加入抗干擾指令并采用“看門狗電路”。
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策浪涌
浪涌干擾的實(shí)質(zhì)
特點(diǎn)：us級，能量大，破壞力強(qiáng)，分差模和共模兩種，容易造成開關(guān)電源損壞，保險(xiǎn)絲燒壞。
浪涌發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
浪涌測試失敗的原因
•浪涌脈沖的上升時(shí)間較長，脈沖較寬，不含較高的頻率成分，因此對電路的干擾以傳導(dǎo)為主。
•過高的差模電壓導(dǎo)致輸入器件擊穿損壞，或者導(dǎo)致線路與地之間的絕緣層擊穿。
•對于有較大平滑電容的整流電路，過電流使器件損壞是可能發(fā)生。
浪涌整改對策
•因?yàn)槟芰刻貏e大，普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。
•浪涌抑制器的共同特性：
阻抗在有浪涌電壓與沒浪涌電壓時(shí)不同
正常電壓下，阻抗很高，對電路的工作沒有影響
當(dāng)有浪涌電壓時(shí)，阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉
浪涌整改對策 – 常用整改器件
浪涌抑制器
氣體放電管
壓敏電阻
浪涌整改對策 – 壓敏和氣體管的應(yīng)用
壓敏電阻：470V、560V、620V，如10D471
氣體放電管：注意耐壓AC1500V
保險(xiǎn)絲：不要選快融規(guī)格
幾種瞬態(tài)干擾的比較
幾種瞬態(tài)抑制器的比較
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策電壓跌落
電壓跌落整改對策
•采用帶PFC的開關(guān)電源，盡量不用線性電源
•使用UPS
•在整流器之后增加電容的容量
第四部分 常見不合格問題分析及整改對策傳導(dǎo)抗擾度& 輻射抗擾度
傳導(dǎo)抗擾度、輻射抗擾度干擾的實(shí)質(zhì)
干擾波形
CS測試頻段：150K-80MHz 傳導(dǎo)干擾+輻射干擾
RS測試頻段：80M-2500MHz 空間輻射→傳導(dǎo)干擾
傳導(dǎo)抗擾度、輻射抗擾度整改對策
•思路一：減少EUT連接線纜的射頻干擾
線纜雙絞傳輸、減小線纜長度、改變走線方式
線纜屏蔽或加磁環(huán)
接地處理
•思路二：加強(qiáng)EUT外殼及敏感電路的屏蔽
金屬機(jī)箱的孔縫處理
金屬機(jī)箱的搭接處理
•思路三：提高EUT內(nèi)部電路的抗擾性
端口濾波（磁珠、電感、電容）
數(shù)字電路隔離
PCB布線，減小環(huán)路面積
來源：致眾醫(yī)療器械資訊
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