EMC輻射發射整改經驗分享

當一個產品無法通過EMI?測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的?EMI?工程師﹐由于修改過許多相關產品﹐對于產品可能造成?EMI?問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下藥方﹐當然一般皆可能?非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐最后發現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次﹐甚而多次確認。這是因為造成EMI?的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故反復的做確認及診斷是非常重要的。

將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐這些步驟看來似乎非常平凡簡單﹐不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實﹐許多資深?EMI?工程師在其對策處理時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成EMI?問題的關鍵﹐才是解決EMI?的最佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和精力。

步驟一：

將桌子轉到待測（EUT）最大發射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關掉EUT?電源加以確認。

由于EMI?測試上﹐EUT?必須轉?360?度而天線由1m到4m?變化﹐其目的是要記錄輻射最大的?情況。同樣地﹐當我們發現無法通過測試時﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收最大高度﹐然后將桌子轉到最差角度﹐此時我們知道在EUT?面對天線的這一面輻射最強﹐故可以初步推測可能的原因﹐如此處屏蔽不佳或靠近輻射源或有電線電纜經過等。

另外須注意的是要關掉EUT?的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實是由?EUT?所產生。曾見測試Monitor?一直無法解決某一點的干擾﹐結果其噪聲是由?PC?所造成而非Monitor?的問題﹐亦有在OPEN?SITE測試Monitor發現某幾點無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應是Monitor?產生﹐結果關掉電源發現噪聲依然存在﹐所以關掉?EUT?電源的步驟是必須的﹐而且通常容易被忽略。

步驟二：

將連接EUT的周邊電纜逐一取下﹐看干擾的噪聲是否降低或消失。

若取下某一電纜而干擾的頻率減小或甚而消失﹐則可知此電纜已成為天線將機板內的噪聲輻射出來。事實上﹐仔細分析造成EMI?的關鍵﹐我們可以用一個很簡單的模式來表示。

任何EMI的Source?必須要有天線的存在﹐才能產生輻射的情形﹐若僅單獨存在噪聲源而沒有天線的條件﹐此輻射量是很小的﹐若將其連接到天線則由于天線效應便把能量輻射到空間。所以?EMI?的對策除了針對噪聲源（Source)做處理外﹐最重要的查破壞產生輻射的條件----天線。以往我們最?？吹秸?EMI?對策離不開屏蔽（Shielding),濾波（Filter),接地（Grounding)﹐對于接地往往一塊電路板多已固定﹐而無法再做處理﹐因為這一部份在電路板布線（Layout)時就須仔細考慮﹐若板子已完成則此時可變動的空間就非常小﹐一般方式僅能找出噪聲小的接地處用較粗的地線連接﹐減低共模（Common??mode)噪聲。屏蔽所牽涉的材質與花費亦甚高﹐濾波的方式則是?？梢?Bead ?電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時候是我們沒有解決其輻射的天線效應。一般而言﹐噪聲的能量并不會因加一些對策組件便消失﹐也就是能量不減﹐我們所要做的工作是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測試）或由電源傳出（傳導測試）。在此我們整理了產生輻射常見的幾種情形供讀者參考。

（1）機器外部連接之電纜成為輻射天線

由于機器本身外部所連接的電纜成為天線效應﹐將噪聲輻射到空間﹐此時噪聲的大小和電纜的長度有關﹐因電纜的天線效應相對于噪聲半波長時共振情形會最大﹐也往往是造成EMI?無法通過測試。在解決這個問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費時間。

（a）噪聲是由機器內部電路板或接地所產生

此情形為將電纜取下﹐或加一Core?則噪聲減低或消失。此時必須做的一個步驟是將線靠近機器（不須直接連接）看噪聲是否會存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實判定由機器內部產生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時請參考（b）的說明。

（b）噪聲是由機器內部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。

這一點是許多測試工程師容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要將一條電纜靠近﹐則可從頻譜上看到噪聲立刻升高﹐此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出﹐而是機器本身的噪聲能量相當大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實際測試中﹐我們發現許多通訊?產品有這類情形發生﹐此時若單純用?Core?或?Bead?去處理﹐并不能真正的解決問題。

（2）機器內部的引線﹐連接線成為輻射天線

由于許多產品內部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當這些線靠近噪聲源很容易成為天線﹐將噪聲輻射出去。針對此點的判斷﹐在200MHz?以下之噪聲﹐我們可以在線上加一Core?來判斷噪聲是否減低﹐而對于200MHz?以上之高頻噪聲﹐我們可以將線的位置做前后左右的移動﹐看噪聲是否會增大或減小。

（3）?電路板上的布線成為輻射天線

由于走線太長或靠近噪聲源而本身被耦合成為發射天線﹐此種情形當外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時可用探棒測量電路板噪聲最強的地方﹐找到輻射的問題加以解決。關于探測的工具及方法﹐將于后詳細說明。

（4）電路?板上的組件成為輻射來源

由于所使用的IC?或CPU?本身在運作時產生很大的輻射﹐使得?EMI?測試無法通過﹐卵石種情往往在經過（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪聲依然存在﹐通常解決的方法不外換一個類似的組件﹐看EMI?特性是否會好一些。另外就是電路板重新布線時﹐將其擺放于影響最小的位置﹐也就是附近沒有I/O Port及連接線等經過﹐當然若情況允許﹐將整個組件用金屬外殼包覆（Shielding)也是一種快速有效的方法。

由以上的分析介紹我們可以了解﹐造成電磁干擾輻射最關鍵的地方就是電線的問題﹐當有了適當的天線條件存在很容易就產生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應的主因﹐這是在許EMI?對策中最容易疏忽的。

步驟三：

電源線無法移去﹐可在其上夾Core?或水平垂直擺動﹐看噪聲是否有減小或變化。若產品有電池設備則可取下電源線判斷﹐如Notebook?PC?等。

如前所述電源線往往是會成為輻射天線﹐尤其是Desktop?PC?類產品﹐往往300MHz?以上的噪聲會由空間耦合到電源線上﹐所以判斷產品的電源線是否受到感染是必須的步驟。由于噪聲頻帶的影響﹐對200MHz?以下可用加Core?的方式（可一次多加數個）判斷﹐對于200MHz?以上的噪聲﹐由于此時Core的作用不大﹐可將電源線水平擺放和垂直擺放﹐看干擾噪聲是否有差別﹐若水平和垂直有很明顯的差別﹐則可一邊擺動電源線一邊看頻譜儀（Spectrum)上噪聲之大小有否變化﹐如此便可知道電源線有否干擾。

至于若發現電源線會產生輻射時如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機器內的噪聲減?小﹐以避免電源線的二次輻射﹐而使用Shielded?線一般對輻射的影響并不大﹐故換一條不同長度的電源線﹐有時也會有很好的效果。

由這一點我們可知道﹐除了要使可冊產生輻射噪聲的組件遠離I/O?Port?外﹐其也須盡量遠離電源線及Switching?power?supply?的板子﹐以免耦合到電源線上使得輻射及傳導皆無法通過測試。

步驟四：

檢查電纜接頭端的接地螺絲是否旋緊及外端接地是否良好。

依前三項方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因為透過這些檢查﹐也許不須做?任何修改﹐便可通過EMI?測試。例如檢查電纜端的螺絲是否鎖緊﹐有時將松掉的螺絲上緊﹐可加強電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機器外接的?Connector?的接地是否良好﹐若外殼為金屬而有噴漆﹐則可考慮將?Connector?處的噴漆刮掉﹐使其接地效果較佳。另外若使用Shielded?的電纜線﹐必須檢查接頭端處外覆的金屬綱是否和其鐵蓋密合﹐許多不佳的屏蔽線（RS232）多因線接頭的外覆屏蔽金屬綱未冊和連接端的地密合﹐以致無法充份達到屏蔽的效果。

各種接頭如Keyboard?及Power?supply?常常由于接頭的插頭與機器上的插座間的密合度不好﹐影響了干擾噪聲的輻射。檢查的方式可將接頭拔掉看噪聲是否減小﹐減小表示兩種冊可﹐一為線上本身輻射干擾﹐另一為接頭間接觸不好﹐此時插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動﹐看噪聲是否會減小或消失﹐若會減小可將?Keyboard?或?Power?supply?的連接頭﹐用銅箔膠帶貼一圈﹐以增加其和機器接頭的密合度﹐這一點也是實測上很容易被疏忽﹐而會誤判機器的EMI?為何每次測時好時壞﹐或花許多時間在其它的對策上面.

　　審核編輯：湯梓紅