某月某日一个天色已暗的晚上(就前几天晚上),高级工程师忽然说到,“让林工去整改吧”,至此,初出茅庐的我拉开了第一次EMC整改的序幕……
这是一个会议用的音视频设备,带有声卡和摄像头,通过USB接入到PC端。
此前该设备已经过摸底测试,测试标准是EN55032 ClassB 3M Radiation,属于欧盟CE认证,摸底测试数据如下图:
看不懂上面数据?没关系,一句话概括就是触目惊心,惨不忍睹。
其中超标最严重的225MHz和240MHz这两个频点,分别超过23db和16db(正值表示辐射高于测试标准),如果说0db是脚踏实地,那么这两个频点已经在天上飞了~
数据表明情况很严峻,然而明天下午就要出发深圳市XX技术有限公司进行EMC测试,明天上午还有别的活要干,怎么办呢?此时天气微凉,夜景幽静,可谓天色正好,要不睡到明天再说?
开玩笑,高工(高级工程师简称高工)那句“不整改好不要回来了”怕不是虚的,这不离晚上10点还有几个小时,我先了解一下概念呗(老手们没看错,我就是要先了解一下EN 55032和辐射的概念,此前我没去过实验室,这是第一次接触EMC整改,如果说明天下午要上战场,那么现在我就是个才加入军队的小兵)。当然基本概念某度一下就知道了,重头戏是整改方案,这可不是某度就能找到答案的。于是第二步——准备解决方案便启动了。在技术修炼这条路上,谁还没有几个同道中人和论道的圈子,虽然我是刚出栏的小牛,但圈子里的大牛多呀!……此处忽略一万个字,请教的过程先略过,后面致敬!
时间到了第二天早上,干了一些别的活之后,我拿到了作为测试主角的机器,是的,此刻我才接触到要整改的机器。
迅速了解和学习一下组装及拆卸机器,因为涉及到换料,所以组装的动作要快速,毕竟实验室是有时间限制的。还学习烧录了一份可能会用上的固件,噢,该出发了。
跳过没得午休的路上时间,来到了深圳市XX技术有限公司,好吧,没有想象中的气势恢弘。我来得比较早,此刻还有别的人在实验室里整改,干劲十足(好吧,后面知道了他们下次还得干劲十足)。作为新手,熟悉环境是第一要义,找了一个舒适的地方,和工作人员聊聊天,再看看实验场地:
(现场忘拍照片了,这是某度找来的)
然后,该上场测试了。
正式开战篇
ROUND 1
先上实验数据:
数据很漂亮,整个频段都在标准范围内,并且最少也留有2个dB的裕量,我心中暗喜,莫非一把过了?
如你所料,并没有,测试的设备只打开了音频,并没有打开摄像头,按照测试标准,设备在全功能运行时测得的辐射不超过才算通过,所以这次数据作废。
有的伙伴看到这里,可能觉得问题很繁琐,没有头绪。如果是这样的话,给大家分享一个我平时高效处理问题的方法。作为一个知识分享型博主,平时我会加入一些【硬件工程师探讨群】,工作上很大一部分自己无法解决的问题,都会在群里跟硬件大佬们交流探讨——最后解决,相当于身边多了一群同事。
接着继续测试。。.
ROUND 2
先看一下全功能运行时的数据:
辐射超标虽然没有摸底测试的数据恐怖,但是两个频点超得也多,还是需要进行EMC整改。
但是EMC从何整改呢?
一、锁定辐射源
从测试表可以知道超标的频率分别靠近225MHz和240MHz,225MHz是MIPI摄像头的时钟频率,而240MHz是USB2.0高速模式下的时钟频率,由此推断辐射是摄像头部分和USB线泄露出来的。
二、制定应对策略
先对USB泄露出来的辐射做处理,整改方案是在靠近机器端的USB线串一个磁环加绕线一圈,如下图红框处:
三、实测验证
串磁环加绕线后,再次进行测试~
ROUND 3
串磁环加绕线测得的数据:
显然,加磁环的辐射比不加的辐射小了好多,这说明整改的方向是正确的,效果十分明显!从测得数据来看,只剩219MHz这个频点超了,只要这个频点也低于辐射标准,这次的EMC整改就圆满结束了。
但对于219MHz这个频点,我也摸不清是从哪冒出来,于是我寻求高工的帮助并将这阶段性的胜利告知高工。
但见高工心情微微欣悦,思索片刻后给了我一个整改方案:把USB座处的两个ESD管换成0402封装的33pF电容。
换料当然是很快的啦,就三步:拆机、换料、装机,搞定,再次测试~
ROUND 4
串磁环加绕线、ESD换成33pF测得的数据:
好吧,效果变差了,辐射从1.88dB超到了2.68dB。
片刻过后,高工继续出招:
1、拆掉刚换上去的33pF
2、机器内的USB线加屏蔽,屏蔽方法是用导电布或者铜箔包裹然后接地
3、部分DCDC区域内外加屏蔽,屏蔽方法是用导电布或者铜箔包裹然后接地,此处需在铜箔下面垫纸,以免铜箔将元器件短路
3、拔掉主板连接到机器顶部触摸按键板的排线
我思索一下,决定实施以下的整改方案:
1、拆掉刚换上去的33pF
2、机器内的USB线加屏蔽,屏蔽方法是用导电布或者铜箔包裹然后接地
3、部分DCDC区域内外加屏蔽,屏蔽方法是先在器件表面上垫纸,再用导电布或铜箔包裹然后接地
4、主板连接到机器顶部触摸按键板的排线加屏蔽,屏蔽方法是用导电布或者铜箔包裹然后接地
5、主板与MIPI摄像头连接的排线加屏蔽,屏蔽方法是用导电布或者铜箔包裹然后接地
6、机器外靠近机器端的USB线串磁环加绕线
PS:这次的改动是把所有的招数都用上了,要是测试还没通过,我也没辙了
花费一些功夫,拆机、拆料、加屏蔽、装机,再次上场测试~
ROUND 5
串磁环加绕线、USB处的ESD管NC、机器内USB线加屏蔽、部分DCDC区域加屏蔽、触摸按键板排线加屏蔽、MIPI摄像头排线加屏蔽测得的数据:
首先测试水平方向的辐射,数据非常漂亮,裕量很足,这让我有信心通过垂直方向的辐射测试。
过了!虽然心里有所预料,但结果通过时还是惊喜到了!
需要注意:虽然过了,但数据还不是十分漂亮,通常来说要留有几个dB的裕量才稳妥,这样在产品抽测环节基本不会出现辐射不合格品。
由于在实验室的时间不多,所以辐射通过后赶紧做下一步的工作,即逐步排查主要辐射源和去除不利于生产的EMC整改方案。首先去除磁环,磁环体积大且要绕线,不方便生产且不美观。
随手去除磁环,再次测试~
ROUND 6
USB处的ESD管NC、机器内USB线加屏蔽、部分DCDC区域加屏蔽、触摸按键板排线加屏蔽、MIPI摄像头排线加屏蔽测得的数据:
去掉绕了线的磁环后,测试图简直是杂草丛生,显然,磁环加绕线的做法在抑制辐射中起了极大的作用且不能被替代。
后面在有磁环加绕线的基础上,陆续做了些整改测试:
1、拔掉主板与机器顶部触摸板的排线,辐射测试数据差异不大
2、在1的基础上,MIPI摄像头排线用导电布包裹但不接地,结果amazing
从测试数据可以看出,整改效果竟是更好了!
趣味插曲:此次测试结束时,另一个工作人员进来,看到数据后十分惊讶:“居然过了?上一个折腾了好久都没过”,“早就过了”,“??”
3、在2的基础上,去除DCDC区域的屏蔽,辐射当然是更大了,并且水平方向和垂直方向的辐射强度发生了翻转,即整体辐射更大,但水平方向较垂直方向增强的辐射更大。
(垂直方向辐射测试数据)
(水平方向辐射测试数据)
最后附上高频辐射测试图:
注:30MHz-1GHz是低频辐射的测试频段,1GHz以上是高频辐射的测试频段
从测试数据可以看出,高频辐射裕量十分充足。
到此EMC测试整改圆满结束,现在天色比昨晚接到整改任务时稍黑,该打道回府了~
后续:
回到公司后,高工:“林工还是相当不错的!”
EMC整改小知识:
1、为什么磁环绕线要多一圈呢?
答:因为这样可以提高磁环的抗干扰特性,还可增强它的滤波效果,所以把线圈绕磁环多一圈是一个非常不错的选择,按照这种做法来做,不仅可以把紊乱的信号拒之门外,还可以把外面有用的信号,吸收到电子产品里,从而使电子产品达到最佳状态。
直接把磁环串在电线上使用,EMC的效果基本没有,因为磁环的滤波次数不够,必须绕多一圈(理论上绕的圈数越多效果越好,实际生产装配不允许绕多圈)来增强磁环的特性,多绕一圈即信号线滤波两次,更有效地抑制干扰信号。
PS:应对从设备USB泄露出来的辐射,磁环放置越靠近设备端接口效果越好
2、MIPI摄像头排线要用导电布或铜箔包裹?
答:摄像头排线使用的是FPC软板,自带电磁膜屏蔽(FPC柔性线路板作为电子器件中的连接线,主要是起到导通电流和传输信号的作用。当信号传输线分布在FPC最外层时,为了避免信号传输过程受到电磁干扰而引起信号失真,FPC在压合覆盖膜后会再压合一层导电层(电磁屏蔽膜),起到屏蔽外面电磁干扰的作用)。
但电磁屏蔽膜这东西,好的EMC效果很好,差的近乎于无。电磁屏蔽膜与信号之间间距很小,产生了很大的分布电容,有这些电容在,屏蔽层很有可能变成天线,会产生共模辐射。如果用铜箔或者导电布把它抱起来接地,大概率可以解决这个问题。
原文标题:EMC之 “不整改好别回来了”
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