一、Basic knowledge:
輻射發(fā)射——簡(jiǎn)稱 RE,檢測(cè)的是產(chǎn)品對(duì)外發(fā)出的輻射干擾。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參考 CISPR25,國(guó)標(biāo)參考 GBT18655。
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分為 Class1~5 一共 5 個(gè)等級(jí),等級(jí) 5 的要求最嚴(yán)格,一般汽車行業(yè)會(huì)選 Class3 到 Class5,很少看到選 Class1、 Class2 的。當(dāng)然很多車企都自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
二、How measure:
輻射發(fā)射的 setup:(示例,請(qǐng)不求甚解即可。)
輻射發(fā)射測(cè)試的線束長(zhǎng)一般要求 1.7m~2m。蓄電池和負(fù)載箱之間會(huì)用 AN 即人工網(wǎng)絡(luò)。AN 可以阻止 EUT 產(chǎn)生的射頻電磁騷擾進(jìn)入電網(wǎng),同時(shí)衰減來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)。測(cè)試頻段一般為 150kHz~2.5GHz,根據(jù)測(cè)試頻段的不同天線也會(huì)不一樣,一般按下列要求準(zhǔn)備天線:(上圖就是 b)這種情況)
a) 0.15 MHz~30 MHz 1 m 單極垂直天線;
b) 30 MHz~200 MHz 雙錐天線;
c) 200 MHz~1 000 MHz 對(duì)數(shù)周期天線;
d) 1 000 MHz~2 500 MHz 喇叭天線或?qū)?shù)周期天線。
除了 150kHz~30MHz,其他頻段在測(cè)試的時(shí)候還需要分天線水平極化和垂直極化兩個(gè)方向來(lái)測(cè)試。有的整車廠對(duì)樣品也提出了 XYZ 三個(gè)方向的測(cè)試要求。
三、Measurement results V.S. Standard,Pass?or No?
簡(jiǎn)單的判斷就是接收機(jī)測(cè)試得到的頻譜低于標(biāo)準(zhǔn)要求的限值。但是測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上一般規(guī)定了三條曲線,即峰值,準(zhǔn)峰值,均值。按照標(biāo)準(zhǔn)要求峰值+均值低于限值,或者準(zhǔn)峰值+均值低于限值即可。但是由于準(zhǔn)峰值的測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng),一般按峰值+均值來(lái)測(cè)試。當(dāng)然一切以測(cè)試計(jì)劃為準(zhǔn)。
仔細(xì)觀察測(cè)試頻段,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不是連續(xù)的,是一段一段的。為什么呢?大家看一下標(biāo)準(zhǔn)名稱《車輛、船和內(nèi)燃機(jī) - 無(wú)線電騷擾特性 - 用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》,測(cè)試的目的是為了保護(hù)車載接收機(jī),而手機(jī),對(duì)講機(jī),廣播都是有固定的頻段的。所以個(gè)人覺(jué)得有的時(shí)候要求全頻段掃有點(diǎn)浪費(fèi)了。
四、If No,How ?
坦率地講,EMC 的輻射發(fā)射一次性通過(guò)好像不太可能,特別是這幾年整車廠標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格,而產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜,成本要求往死里降。特別是新能源的電機(jī)控制器,DCDC,這幾年又有什么車載以太網(wǎng),音頻視頻。有點(diǎn)難。
如果輻射超標(biāo)了,不要著急改,先查查是不是別的原因,3 套組合拳送給朋友們,要堅(jiān)定地對(duì)自己的產(chǎn)品要有信心。
1. 測(cè)試場(chǎng)地確認(rèn);2. 測(cè)試樣品確認(rèn);3. 測(cè)試工況標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn);
下圖:
五、優(yōu)化 Setup
如果這些都沒(méi)有問(wèn)題,那只能整改樣品了?也不對(duì),其實(shí)還是可以先優(yōu)化 setup 的,比如說(shuō)負(fù)載,比如說(shuō)線束,比如說(shuō)接地都是大有可為的。如果你選了一個(gè) EMC 都沒(méi)過(guò)的負(fù)載可能就會(huì)吃啞巴虧,如果你的線束做的不好,該雙絞的沒(méi)有雙絞,該用屏蔽線的沒(méi)有用屏蔽線都是對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響的。還有就是接地,可能為了圖快隨便搞了個(gè)銅箔貼了一下,這都不行的。
如果最后定位到是產(chǎn)品的問(wèn)題,整改的第一步是查找干擾源。找干擾源的方法很多,老法師憑經(jīng)驗(yàn),掐指一算就知道了。輻射發(fā)射整改的第一步是查找干擾源和耦合路徑,否則后面的整改就毫無(wú)頭緒全靠運(yùn)氣。如果不是老法師可以用以下幾種方法:
經(jīng)驗(yàn)法指的是經(jīng)驗(yàn)老道的工程師根據(jù)超標(biāo)的頻段就知道是產(chǎn)品的哪個(gè)模塊導(dǎo)致的。一方面你需要有豐富的 EMC 經(jīng)驗(yàn),另一方面你需要對(duì)產(chǎn)品非常熟悉。
如果你 EMC 經(jīng)驗(yàn)足夠豐富,對(duì)產(chǎn)品不是很熟悉,也可以像老中醫(yī)一樣,采用望聞問(wèn)切的方法找到超標(biāo)的原因。
如果你是一個(gè)新手,既沒(méi)有什么 EMC 經(jīng)驗(yàn),對(duì)產(chǎn)品又不熟悉,你也不要絕望,老老實(shí)實(shí)的按圖中的其他方法來(lái)查,你也一樣可以找到問(wèn)題。負(fù)載箱法其實(shí)是一種排除法。通過(guò)關(guān)閉不同的負(fù)載和輸出信號(hào),使懷疑的模塊不工作來(lái)一個(gè)個(gè)排查,這種方法雖然很土,但只要你有耐心,總能找到干擾源。當(dāng)然這種方法只適合于干擾源是輸入模塊和輸出模塊。如果是晶振,電源 Buck 這樣的內(nèi)部模塊,該方法不太好用,可以考慮近場(chǎng)探頭法。近場(chǎng)探頭法是指通過(guò)頻譜分析儀的進(jìn)場(chǎng)探頭在被測(cè)產(chǎn)品上一個(gè)區(qū)域一個(gè)區(qū)域的排查。如果對(duì)應(yīng)的頻段近場(chǎng)探頭測(cè)到的干擾比較大,很有可能輻射發(fā)射的超標(biāo)也與之有關(guān)。當(dāng)然這種方法對(duì)于帶外殼的產(chǎn)品需要開(kāi)蓋,具有一定的局限性,但特別適合于控制器等產(chǎn)品。看圖法和 Layout 法是需要有一定的 EMC 經(jīng)驗(yàn)和 EMC 常識(shí)的,要不你也看不出什么名堂。硬件法和軟件法也是屬于排除法,不需要有多少經(jīng)驗(yàn),但需要耐得住寂寞,沉得住氣。而仿真法對(duì)工程師的要求比較高,需要有一定的仿真積累,要不不知道從何開(kāi)始建模。通過(guò)下面的一些方法,大家肯定就可以找到干擾源和耦合路徑。
1)近場(chǎng)法:黃金搭檔,頻譜分析儀+近場(chǎng)探頭。探頭找找就知道干擾源在哪
2)排除法:關(guān)負(fù)載,關(guān)軟件,斷線,通過(guò)排除找到源頭
3)仿真法:通過(guò)仿真找到源頭
4)還有一招就是根據(jù)測(cè)試頻譜來(lái)判斷,比如鼓包的一般是電源,buck,boost。比如有毛刺的可以根據(jù)頻率來(lái)查。
查到了干擾源那就好辦了,下面就可以動(dòng)刀改了。大的方向就是抑制干擾源,切斷耦合路徑。
六、抑制干擾源一般有下面方法:
1)改變驅(qū)動(dòng)頻率
2)改變驅(qū)動(dòng)電流電壓
3)少用 buck boost
4)增大 slewrate
七、切斷耦合途徑可以有以下方法:
1)根據(jù)頻段增加濾波,RC 濾波,Π型濾波
2)串聯(lián)磁珠,共模電感
3)減小走線回路
4)包地減小串?dāng)_
5)對(duì)于有些干擾大的芯片用屏蔽罩
大的方向就這些,具體的整改措施還需要在仿真或者測(cè)試中試。
八、整改
不同的電路模塊有不同的整改方法,大的思路是濾波屏蔽接地,但是說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單做起來(lái)難。就拿濾波來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)什么樣的濾波器,濾波器放在什么位置都是很有講究的,弄不好適得其反。所以整改的時(shí)候還得注意細(xì)節(jié)。
比如說(shuō)老生常談的電源問(wèn)題,還需要根據(jù)電源的特征來(lái)處理。BUCK 電路近幾年用的挺多,其 EMI 問(wèn)題也是一個(gè)大問(wèn)題。常規(guī)的整改思路如圖。最簡(jiǎn)單粗暴的辦法是讓芯片廠商改變 Buck 電路的頻率,但很多情況下供應(yīng)商不愿意改。
當(dāng)然也可以要求芯片廠商采用展頻技術(shù)。如果芯片已經(jīng)沒(méi)有辦法改了,那就只能在應(yīng)用上下文章了。
比如優(yōu)化 BUCK 電路的外圍 Layout,做單獨(dú)的地島,在芯片的臨近層鋪地,外圍的電感用帶屏蔽的。調(diào)整 MOSFET 的斜率都是很好的方法,并可以解決 BUCK 的 EMI 問(wèn)題,只是需要做一些嘗試。對(duì)于高速信號(hào)的電源,整改的思路有不一樣,需要從疊層結(jié)構(gòu),電源阻抗等方面考慮,而這些優(yōu)化更多的時(shí)候需要結(jié)合仿真來(lái)完成。
輻射發(fā)射整改的方法很多,并且根據(jù)不同的模塊采取的措施也不一樣。無(wú)非就是在干擾源上通過(guò)減少能量,降低干擾的劑量。通過(guò)改變工作頻率,改變斜率來(lái)改變干擾頻段。通過(guò)濾波和改變 Layout 等方法來(lái)改變耦合路徑。
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