电子设备辐射EMC整改案例

前言:

现代电子产品的发展越来越快，产品所面对的使用环境也越来越复杂，当前各汽车厂家都在围绕电子化、自动化、智能化发展等，电子控制系统在汽车上有越来越多的使用，汽车系统内电子产品的电磁兼容问题越来越凸显其重要性，为了规范电子产品的电磁兼容性，大部分的国家都制定了电磁兼容标准,特别是军用产品尤其严格。电磁兼容标准是使产品在实际电磁环境中能够正常工作的基本要求。所以为了满足各种电磁兼容标准的要求，在产品研发的过程中，就必须在每一个环节都要做好电磁控制和检测，那么频谱分析仪就成为了实验室中必不可少的一种设备。汽车安全是当今社会所面临的关键问题之一。

接下来，本文就以一款产品中出现的问题，通过频谱分析仪测试之后查找到问题的根源，并在去EMC认证实验室做认证之前解决问题，使产品能顺利通过认证。

1. 故障描述

该系统为军用汽车通信端产品，要求通过GJB151A陆军地面设备电磁兼容试验要求。产品在EMC实验室测试时，CE102、CS101、CS114、RS103均顺利通过试验，但RE102测试结果如图1所示：

图1 30MHz～200MHz原始辐射发射

从图1可以看出，辐射发射只能满足固定产品要求，不能满足陆军地面电磁辐射要求，其中在50MHz-120MHz之间，辐射发射最大超标20dB，需要进行EMC整改。

2. 原因分析

查看产品，整个系统为金属屏蔽机箱，另系统有1根屏蔽航插电源线，通常情况下，金属机箱和屏蔽线缆都有很好的屏蔽效能，如果设计得当，都能顺利通过RE102辐射发射试验，因此，怀疑金属机箱和屏蔽线缆存在电磁泄露导致测试失败。

所以利用实验室的频谱仪诊断系统并查找辐射源，测试系统示意图如图2所示：

图2 电磁干扰诊断系统示意图

整个系统测试包含有屏蔽机箱和线缆系成如下：

（1）是德(安捷伦)科技频谱分析仪型号：MXA N9020A ；带宽范围 20Hz～13.6GHz；

图3 频谱分析仪

（2）Langer放大器：放大电磁干扰信号；

（3）Langer近场磁场探头：测量接受电磁干扰信号，探头类型较多，如下图4所示，一般在选择探头时根据测量的要求进行选择，需要在大范围内寻找时,使用较大的环形探头或者是比较大的扁型的探头；需要精确测量时，选择针式的探头,这种探头可以对每一个器件或者引脚进行测量。

图4 测试探头

将频谱分析仪频段设置为10MHz-1000MHz，使用近场探头分别测试机箱的缝隙、通风口、屏蔽线缆连接器及线缆，发现30MHz-200MHz均有很大的电磁干扰，如下图5所示，因此可以判定电磁干扰超标与机箱及线缆都有关。

图5 较高的辐射

拆解机箱，如图6所示意，发现本机箱为扳金件，机箱各个缝隙处无任何屏蔽处理措施，且机箱接缝处有漆，导致机箱缝隙导电不连续，屏蔽效能下降，从而产生很强的电磁干扰。

查看电源线屏蔽层的端接，发现屏蔽层是通过一根细导线与金属连接器的外壳连接，即猪尾巴，如图7所示：

图6 非屏蔽机箱图

图7 猪尾巴屏蔽电缆

屏蔽电缆减小电缆辐射的原因主要有两个：一是屏蔽层可以屏蔽电缆中差模信号回路的差模辐射；另一个是屏蔽层可以为共模电流提供一个返回路径，从而减小了共模电流的回路面积，从这个意义上说，返回路径的阻抗越小越好，这样可以将大部分共模电流旁路回共模噪声源，具体原理如图8所示：

图8 屏蔽电缆降低辐射干扰原理

共模电流返回路径的阻抗由屏蔽层自身阻抗和屏蔽层与金属机箱之间的搭接阻抗两部分组成。“猪尾巴”的端接方式相当于在屏蔽层上串联了一个数十nH的电感，其一会增大屏蔽层共模电流返回路径的阻抗，导致部分共模电流从大地返回，增大了共模电流的环路面积；其二共模电流会在屏蔽层产生共模电压，该电压会在屏蔽层与大地形成的环路（分布电容或地线形成）中产生新的共模电流，导致更大的共模辐射，具体原理如图9所示：

图9 “猪尾巴”端接方式电磁干扰原理

3. 改进措施

考虑到本机箱屏蔽设计非常之差，且电磁干扰超标幅度较大，如果在原有机箱改动，既达不到屏蔽效能的要求也不利于产品量产，因此，重新设计屏蔽机箱，除了保证机箱缝隙良好搭接之外，对通风口也增加了通风波导，最终设计的屏蔽机箱如图10所示。

对于屏蔽线缆，要满足屏蔽要求，需要将线缆屏蔽层360度端接，以形成良好的导电搭接，在航空插头的夹扣处，去除线缆绝缘套，露出屏蔽层，然后直接将屏蔽层用连接器末端的夹子卡住，将螺丝拧紧固定，形成360度端接，如图11所示。

图10 重新设计的屏蔽机箱

图11 互连电缆屏蔽层端接

经过以上整改，重新利用频谱分析仪和近场探头查看机箱和互连电缆的辐射发射，此时比之前的辐射大幅降低，如下图12所示，整改达到预期效果。

图12 较低的辐射

4. 实验验证

检查并安装好设备，将产品携带到认证实验室进行系统的辐射发射测试，测试结果如图13所示：

图13 30MHz～200MHz整改后辐射发射

从图13可以看出，整改之后辐射发射裕量达到10dB，测试顺利通过。

5 总结

经过整个之后，此款产品顺利的经过了认证测试。说明在产品研发的时候，尽量现在实验室中对产品进行摸底测试，使用频谱分析仪和近场探头能很好的检查出产品存在的问题，这样不仅很方便的查找问题，还可以节约去认证实验室测试的费用，所以频谱分析仪已经成为越来越多的实验室必不可少的设备。

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