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，产品面临着越来越复杂的使用环境，目前汽车制造商围绕电子、自动化、智能开发等，电子控制系统在汽车中的应用越来越多，电子产品的电磁兼容问题越来越重要，为了规范电子产品的电磁兼容性，大多数国家都制定了电磁兼容标准，特别是军事产品。电磁兼容标准是使产品在实际电磁环境中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面临的关键问题之一。

接下来，本文通过频谱分析仪检测产品中的问题，找出问题的根源，并进行检查EMC认证实验室在认证前解决问题，使产品能够顺利通过认证。

1.故障描述

该系统是军用汽车通信端产品，需要通过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试验顺利通过，但是RE如图1所示结果如图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的要求，不能满足陆军地面电磁辐射的要求，其中50MHz-120MHz辐射发射最大超标20dB，需要进行EMC整改。

2.原因分析

检查产品，整个系统为金属屏蔽底盘，另一个系统有屏蔽航插电源线。通常，金属底盘和屏蔽电缆具有良好的屏蔽效率。如果设计得当，可以顺利通过RE因此，怀疑金属机箱和屏蔽电缆的电磁泄漏导致了测试失败。

因此，试验系统的示意图如图2所示：

图2 电磁干扰诊断系统示意图

整个系统测试包括屏蔽底盘和电缆系列：

(1)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：测量接收电磁干扰信号，探头类型多，如下图4所示，一般根据测量要求选择探头，使用较大的环形探头或较大的扁平探头，选择针探头，可测量各设备或引脚。

图4 测试探头

将频谱分析仪的频段设置为10MHz-1000MHz，使用现场探头测试底盘的间隙、通风口、屏蔽电缆连接器和电缆，发现30MHz-200MHz都有很大的电磁干扰，如下图5所示，因此可以判断电磁干扰超标与机箱和电缆有关。

图5 较高的辐射

拆卸底盘，如图6所示，发现底盘为扳金件，底盘各缝隙无屏蔽处理措施，底盘接缝油漆，导致底盘间隙导电不连续，屏蔽效率下降，产生强电磁干扰。

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猪尾屏蔽电缆

屏蔽电缆减少电缆辐射的主要原因有两个：一是屏蔽层可以屏蔽电缆中差模信号电路的差模辐射；二是屏蔽层可以为共模电流提供返回路径，从而减小共模电流的电路面积。从这个意义上说，返回路径的阻抗越小越好，这样大部分共模电流可以旁路返回共模噪声源。具体原理如图8所示:

图8 屏蔽电缆减少辐射干扰的原理

共模电流返回路径的阻抗由屏蔽层本身的阻抗和屏蔽层与金属底盘之间的搭接阻抗组成。猪尾的端接方式相当于在屏蔽层上串联几十个nH电感会增加屏蔽层共模电流返回路径的阻抗，导致部分共模电流从地面返回，增加共模电流的环路面积；第二共模电流在屏蔽层产生共模电压，在屏蔽层与地面形成的环路（分布电容或地线形成）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 猪尾端接方式电磁干扰原理

3.改进措施

考虑到底盘屏蔽设计很差，电磁干扰大，如果原底盘改变，既不能满足屏蔽效率的要求，也不利于产品生产，因此，屏蔽底盘的重新设计，除了确保底盘间隙良好，通风口也增加了通风波导，最终设计屏蔽底盘如图10所示。

对于屏蔽电缆，为了满足屏蔽要求，需要将电缆屏蔽层360度端接，形成良好的导电接，在航空插头夹紧处，去除电缆绝缘套，露出屏蔽层，然后直接用连接器末端夹紧屏蔽层，拧紧固定螺钉，形成360度端接，如图11所示。

图10 重新设计的屏蔽机箱

图11 连接电缆屏蔽层端接

经过上述整改，频谱分析仪和近场探头被重新用于检查底盘和连接电缆的辐射发射，比以前的辐射大大降低，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

检查并安装设备，将产品带到认证实验室进行系统辐射发射试验，试验结果如图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

整个产品成功通过认证测试。说明在产品研发中，尽量在实验室进行产品测试，使用频谱分析仪和现场探头可以很好地检查产品问题，不仅方便发现问题，而且可以节省认证实验室测试的成本，因此频谱分析仪已成为越来越多的实验室不可或缺的设备。