电磁干扰诊断技巧实例分析

电磁干扰诊断技巧实例分析

一.前言

关于电磁干扰的对策，许多刚接触的工程师往往面临一个问题，虽然看了不少对策的书籍，但是却不知要用书中的那些方法来解决产品的EMI问题。这是一个很实际的问题，看别人修改似乎没什么困难，对策加了噪声便能适当的降低，而自己修改时下了一大堆对策，找了一大堆的问题点，却总不能有效地降低噪声。

事实上，这往往也是EMI修改最耗时间的地方，笔者把一些基本的判断方法做详细的介绍，以提供刚入门或正面临EMI困扰问题的读者参考，整理了一些原则与判断技巧，希望能够对读者有帮助。

二. 水平、垂直判断技巧

EMI的测试接收天线分为水平与垂直二个极化，亦即要分别测试记录此二个天线方向的最大读值，噪声必须要在天线为水平及垂直测量时皆能符合规格，测量天线要测量量水平及垂直二个方向，除了要记录到噪声最大时的读值外，也能显示出噪声的特性，由这个特性的显示，我们可初步判断造成EMI问题的重点，对于细部的诊断是很有帮助的，通常这个方法是很容易为修改对策人员所忽略。在本期的分析中，笔者要介绍几种EMI的判图技巧，也就是如何从静态的频谱分析仪所得到的

噪声频谱图做初步的分析，另外也会介绍一般对策修改人员最常用的一些动态分析技巧。

许多工程师常常花了许多时间与精神，却感觉无法掌握到重点，可能就是缺乏基本分析的技巧，在噪声的判断上有一些混淆，如果能够掌握一些分析方法，可以节省不少对策的时间。这里所提的一些方法，一直被不少资深的EMI工程师视为秘诀，因为其中往往是累积了多年的心得与经验才体悟出来的方法，而这些方法通常都是非常有效的。

实例一水平与垂直读值的差异

说明：

1.这是Modem&Telephone的产品，读者可以很明显地看出来，天线水平时的噪

声和垂直时的噪声有很大的差异，那么这其中代表了什么意义呢？

分析讨论

要清楚的认识这个问题，首先必须要了解天线的基本理论，我们先假设发射与接收天线皆为偶极天线。

发射天线接收天线

上图为当发射天线与接收天线同方向时，由于所产生的电磁波极化相同，故此时接收天线可得到最大的共振接收强度

发射天线接收天线

当发射天线与接收天线不同方向时，则由于发射天线的电磁波为水平极化，而接收

天线的电磁波为垂直极化，故在共振接收的强度上最小。

以上述这个观念来分析水平与垂直噪声的强度差异，当接收天线为水平时噪声强度较高，可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的水平线所造成，而当接收天线为垂直时噪声强度较高，可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的垂直线所造成，也就是从天线共振的角度去思考问题，把产品的辐射源也想象成一假想的天线，那么在相同方向其所造成的共振效应会最大。

以这个观点来看问题有时往往很快能找到问题的重点，尤其是一些比较复杂的产品其内部及外部皆有许多导线、连接线的产品，如果能先以水平、垂直的读值做初步的分析，则比较不容易误判造成噪声的机制。

实例二水平与垂直读值的差异

差异：

1. 图3是接收天线为水平极化方向。

2. 图4是接收天线为垂直极化方向。

说明：

1.此为CCD的产品，这两张图不同于实例四是垂直噪声的读值明显比水平噪声高。

分析讨论

关于水平与垂直噪声的判断，笔者在此再做更详细的说明，水平噪声较高，一般必须注意在待测桌上水平部份较长的线以及产品内部水平部份的线，而垂直噪声如果是比水平噪声高，那么就必须考虑在垂直方向的线，是否造成辐射的问题，而通常最容易被忽略的就是AC电源线，因为AC电源线一般皆沿桌面下垂，所以当AC电源线被耦合到噪声，则会使得天线在垂直方向噪声增大，但是因为AC电源线无法拔掉来判断噪声是否存在，所以不容易很快判断。

在此介绍二种方法以供读者使用，对于低频的噪声(小于200MHz)可以用数个Core 夹上，看噪声是否降低，如果噪声降低则表示噪声是由电源线所辐射出来，对于高频的噪声(大于200MHz)则可将电源线位置改变或左右摇动，看噪声是否有变大或变小，如果噪声会随线的位置而改变，那么便表示噪声是由电源线所辐射出来。

另外由于产品所造成的噪声频率点往往不只一点，而各点可能由不同的辐射机制所造成，所以可以针对单一点的噪声将频谱分析仪的频宽展开，然后天线转成水平及垂直来比较，这个方法看似简单，但对于比较复杂的系统与产品，其内部及外部连接了许多排线，通常可以有效地锁定问题的范围。

笔者亦曾经处理过一件拖延甚久的案子，由于其在OPEN SITE测试时，垂直读值明显高过水平读值10dB以上，且当人一靠近机器噪声亦明显降低，针对这两个现象来思考，结果发现有一短的垂直电缆线连接上下机体造成，当问题找到确定后，再做适当的对策将是非常有效。

也许读者会问，水平和垂直噪声的读值一样高则如何来判断，若碰到这种情形，通常表示噪声源非常强，故内部的各种导线很容易受到耦合，例如使用某些噪声较强的IC

或CPU，这时因为噪声能量较大，往往要从电路板内部与组件的Lay -out、Placement 及Ground来下手，当然对策方法不止一种，诊断的方法也不只一种，可以用其它方法再仔细的分析问题。为使读者能够由实例中了解，笔者亦选取下列数例以帮助读者更了解及运用。

电源线的判断

图(a)图 (b)

图(a)为Desktop PC的噪声辐射结果，而图(b)则为在AC Power电源线加上数个Core。

电源线的

判断

单点噪声的判断

图(e)图 (f)

图(e)为将频谱分析仪的Span降低，单独看172MHz的噪声，此时天线为水平的方向，而图(f)则为同一角度，将天线转成垂直来看，比较二者的差异便可以知道主要为水平线辐射所造。

三. 最大角度判断技巧

在EMI测试时，除了天线要测试水平与垂直二个极化方向外，待测物的桌子并且要旋转360度，记录最大的噪声读值，因此当发现噪声无法符合时，除了先判断水平和垂直噪声的差异外，便是要将待测物旋转到最大的噪声位置，由于电子产品其噪声的辐射往往会在某一个角度最大，而此时待测物面向天线的位置，往往是造成辐射的来源，通常要分析这位置附近的组件、导线及屏蔽效果，如此则较容易锁定范围，再仔细分析问题。

实例三最大角度的判断

差异：

1.图5是待测物正面对向接收天线。

2.图6是待测物侧面对向接收天线。

说明：

1.这两张图是待测物面对接收天线不同的角度，由于角度的不同，很明显地噪声的强度也有很大的差别。

分析讨论

比较上两图，由于待测物面对天线的位置不同，则噪声强度明显的不同，这也说明了噪声源是在产品的某一部份，亦即靠近天线最大时的位置部份必须仔细分析诊断。

这个判断方法也是如前一样，可能会遇到不管桌子是转在那一个角度，噪声强度皆是一样高，如果碰到这种产品，一般而言是较难处理的，因为待测物的每一个方向噪声皆一样强，表示此噪声源已将机器内的每一部份皆感染，处理这一类机器的EMI问题，通常要花一些时间，有时则要使用金属弹片、铜箔或喷导电漆来抑制噪声。