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问题描述
某机载平板电脑(见图1)在进行RS103 200V/m电磁场辐射抗扰度实验时,产品在150MHz-300MHz频段出现屏幕回退现象,即从正常显示回退到操作界面,如图2所示。
图1 正常放映
图2 屏幕回退
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故障诊断
打开机壳,产品后盖为金属外壳,显示屏为非屏蔽普通触摸屏,另为手持设备采用电池供电,无I/O接口线缆。初步怀疑电磁场辐射通过屏幕开口耦合到内部电路。产品由显示屏、主板、触摸屏、按键板四部分构成,其中,按键板、以太网USB接口与主板都通过排线连接,长度在100mm以上,在排线上加扁平铁氧体磁环排查,如图3所示。
图3 排线加扁平磁环
当按键排线和以太网USB排线加扁平铁氧体磁环后,再次测试电磁场辐射抗扰度,试验通过。初步确认为排线耦合的干扰导致问题。
进一步确认,拔掉按键排线,同时去掉以太网排线磁环,再次进行200V/m电磁场辐射抗扰度试验,此时产品工作正常,如图4所示。反之,当拔掉以太网排线插上按键排线时,抗扰度问题复现,因此,确认为按键排线受到辐射干扰导致产品出现辐射抗扰度问题。
图4 拔掉按键排线
使用EMS抗干扰诊断整改系统(容冠电磁)进行诊断,连接好脉冲发生器和磁场探头,在芯片(核心板)各管脚注入磁场干扰,如图5所示。当探头置于核心板左侧部分时,此时故障会偶尔复现,如图6所示。
图5 磁场注入
图6 核心板敏感部位
将探头换成针式探头,如图7所示。直接在确认的核心板敏感部位对核心板芯片各管脚注入电磁干扰,如图8所示,当探头置于按键各管脚时,此时故障可以复现,因此确认按键信号受到干扰。
图7 针式探头
图8 使用针式探头直接注入
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原因分析
按键信号电路流程如图9所示。
图9 按键信号流程
按键板主要是控制音量加减、返回、菜单、主页;核心板内部包含处理器,提供屏幕显示、数据处理等功能,类似手机主板。因此,按键排线耦合的干扰,可以直接进入核心板,干扰处理器。
查看按键板和主板原理图中的按键信号,分别如图10和图11所示,从图中可以看出,按键信号从按键板经过排线进入主板,然后到核心板按键管脚,整个链路没有任何电磁干扰滤波措施,那么,按键排线耦合的电磁场辐射干扰,可以直接通过排线到达核心板处理器,从而引起电磁干扰问题。
图10 按键板按键信号
图11 主板按键信号
4
整改措施
根据以上分析,考虑到产品在150MHz-300MHz频段受到干扰,因此,在芯片按键管脚焊接330pF滤波电容,其谐振频率大约在300MHz,如图12所示。
图12 核心板按键管脚加330pF电容滤波
整改后再次使用E1抗扰度诊断整改系统进行验证,此时在敏感信号管脚注入电磁干扰,屏幕回退问题不再复现。
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实践效果
将产品拿到标准实验室进行200V/m电磁场辐射抗扰度试验,此时产品在整个频段工作正常,实验通过。
【岛主点评/点睛】
产品I/O接口是EMC测试的重点考察对象,也是很多产品EMC问题的罪魁祸首,毫不夸张的说,产品EMC成也I/O接口败也I/O接口,然雪上加霜的是,目前很多处理器出现了直通I/O的信号,使得产品EMC问题更加复杂化,呜呼,还让工程师活不活!本案例产品辐射抗扰度问题,经过缜密的诊断和分析,为I/O信号线耦合电磁干扰进入处理器所致,后通过在处理器端I/O信号加电容滤波成功化解。本文的方法和思路,如同暗夜里的一道光芒,不啻给此类问题的解决指引了方向,听君拨云见日,顿感茅塞顿开。
审核编辑 黄昊宇
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