电磁兼容技术-电磁干扰案例分析

S80
MINI USB
屏蔽层
USB Female
U盘
USB外 壳与屏 蔽层的 搭接
线缆双绞，屏 蔽，接地，紧 密程度



问题描述： D210在待机的时候，磁头出现刷卡错误。其出线概率为较小，有 时候几分钟，有时候一两小时。 问题分析： 待机模式中磁头检测是打开的，D210使用的是兆讯方案的磁头。 使用之前IDTECH的磁头不会出现刷卡错误，新磁头方案抗扰性比较 差。 IDTECH采用三对差分信号输入，而兆讯采用三根单端信号输入， 抗干扰性能较差。从敏感体来改善，将单端信号的阈值增大，但同时 也造成了兼容性问题，滤除了噪声的同时也同时造成了较微弱信号无 法识别。从源头来改善，发现是7.4V充电时造成，将7.4V走线移向远 离磁头的PCB内部，问题得到圆满解决。 风险分析： 此问题属于内部干扰，且充电状态和磁头待机会同时存在，因此 需要重点解决，通过上述分析，有以下方案： 将7.4V电源走线走到PCB中央，并走在内层，并在两侧打地孔。
Rarkii Liu, 2013.6 Email: LiuXW@paxsz.com
电磁干扰基本理论
电磁干扰三要素
电磁干扰防护原理 电磁干扰案例分析
dB(功率比值）
dB（电压比值）
上图中已经知道P/P0电压比值：V/V0 (dB为单位）应该怎么表示？ 假使已经测得P=100dBm,那么它所对应的电压V=dBuV?
库存机器 新生产机器
• 手工飞线加１００ｐＦ • 原理图增加１００ｐＦ电容
环路的 屏蔽
干扰的 距离
路径
干扰的 结果
环路的 滤波


问题描述： 客户在使用过程中，S90在使用某些卡片时候磁头无反应或者报错。 问题分析： 经过仔细对比分析，找到问题原因如下：异常的卡片，有问题批次的 CPU再加上环境湿度低的情况下出现的ESD现象。只有这三原因加一起， 才会复现出故障现象。 一些措施： 软件方面：监控磁头的中断响应，但不能从根本上解决问题； 硬件方面：
混合接地用来干什 么？为什么？
Vo Vcc VoH 输出“1” 输入“1”
静态噪声容限，“1”
Vi Vcc
ViH
？
VoL 0V 输出“0”
静态噪声容限，“0”
ViL 0V
输入“0”
VCC 5V
5V TTL器件 VOH VOL
3.3V TTL器件 VIH VIL ≤0.8V VCC 3.3V VOH VOL VIH VIL ≤0.8V ≥2.4V ≤0.4V ≥2V
VCC 2.5V
VOH源自文库
VOL
≥2.0V ≤0.2V ≥1.7V ≤0.7V
3.3V供电时的LVCMOS器件 VCC 3.3V VOH ECL VOL VCC 0V VIH ≥3.2V ≤0.1V ≥2.0V ≤0.7V
≤-0.88V ≥-1.72V ≤-1.36V
电感，变压器，芯片， 发射天线
电容，浮件，晶振，发射 天线
变压器耦合
电感耦合 公共 阻抗 耦合 电阻耦合 电容 耦合
电感与线缆耦合 电容与线缆耦合 器件与线缆耦合 滤波输入与输出耦合 PCB平行耦合与相邻层耦合
芯片电路
噪声 路径 暴露 程度 接收 程度
接收天线 磁头信号 控制信号
敏感性
电场屏蔽
铜
磁场屏蔽
电磁场屏蔽
电磁吸收
铁 铁 铝 硅钢片 金 银 坡莫合金 导电玻璃 铁 磁片 铜 吸波材料
器件接地 • 电阻 • 电容 • 磁阻 • 电感 • 变压器 • 连接器
导体接地 • 金属 • 铜质弹片 • 钢质弹片 • 铝质弹片 • 材料 • 铜箔 • 铝箔 • 导电布 • 导电橡胶
分地 • 数字与模拟 • 高速与低速 • 敏感电路 • 强扰电路 • 传导发射 • 安全考虑
线缆剪短， 双绞



问题描述 SP30巴西认证摸底测试中，非接读卡测试中，RE辐射超标了10dB。 问题分析 在静态测试中，并没有超标的频点与频段，而SP30辐射超标的频点与 频段，基本都是13.56MHz的倍频与非接读卡使用的5V电源所致。 首先，在SP30上装一个磁扣，可以降低6dB左右，多扣几个基本可以 将辐射压到限值以下，但对于认证来说，显然不现实，实验室不会认可， 外表更不美观。 最后，从路径上去解决问题不现实，我们必须找到内部的干扰源头， 通过仔细分析，发现了是两个地方影响了测试结果，一个是非接芯片贴 在LCD线缆上面，一个是非接电感贴着SP30的出线线缆，同时将二者的 距离拉大，问题得到解决，余量达到3dB以上。 风险分析 巴西认证对EMC要求十分严格，因此第二方案是最合适的方案。结构 堆叠设计中，器件与线缆的相互耦合是最大的ＥＭＣ风险。
芯片与线 缆耦合
电感与线 缆耦合
设计 计算推 理 假设风 险
电压相关 60dBuV=1000uV=1mV 120dBuV=1000000uV=1V 126dBuV=2000000uV=2V 180dBuV=1000V=1KV
功率相关 0Bm=1mW=0.001W 4dBm=2.5mW=0.0025W 20dBm=100mW=0.1W 30dBm=1000mW=1W 33dBm=2000mW=2W
dBuV与dBm如何相互转换？ 首先我们要假设基准的 阻抗，例如测试仪器一般为50 欧姆，这样，P与U的关系就 建立起来了，P=U2/R。 最后得出， 0dBm 107dBuV 1dBm 108dBuV 30dBm 138dBuV
U 1 Z ( jw) = = R + j ( wL − ) = Z ( jw) ∠θ ( jw) I wC
将磁头线剪短， 并双绞，磁头导 轨包上铜箔接地
1
将导轨做成金属， 不接地
2
将塑料导轨喷导 电油漆
3
导轨参杂碳粒 （导轨电阻为几 十K欧姆）

风险分析： 干燥的环境经常存在，概率很大，因此需要针对库存，返修，新生产 的机器进行导入。
材料本身的起电性能
耦合程度 2
接触的紧密程度、压力 摩擦的速度
1
环境温度 环境湿度
≥2.4V ≤0.5V ≥2V 2.5V TTL器件
5V CMOS VIH VIL VCC 5V VOH VOL VIH VIL ≤0.8V ≥2.4V ≤0.5V ≥2V 2.5V供电时的LVCMOS器件 VIL VOH ≥-5.2V VCC 2.5V VOL VOH VOL VIH VIL ≥2.0V ≤0.1V ≥1.7V ≤0.7V VIH VIL
组件滤波
器件滤波
磁环
•铁 • 锰锌 • 镍锌
电容 电阻 磁珠 电感 组合器件
瞬态防护
TVS 压敏 半导体防雷管 气体放电管
磁夹



问题描述： S80工程样机在USB通讯时，使用对讲机对其干扰，USB通讯立刻 失败。 问题分析： S80使用的MINI USB转USB线缆的两端USB外壳并没有相连，因此 信号的GND环路过大，且环路对外暴露程度很大，对干扰的接收效 率很高，最后导致了USB通讯失败。 使用其他三种MINI USB转USB线缆都不会造成通讯失败，因此是 USB转接线本身的质量问题。 风险分析： 客户在使用USB通讯下载应用发生故障需满足两个条件：一是使用 劣质转接线，二是有对讲机对其干扰。这种概率非常小，即使有，也 是可以接受的。因为程序也许几年才下载一次，不是安全触发或硬件 损伤的重大缺陷，因此该缺陷可以不用处理。
1 1 w w = = 当 wL − 时， θ ( jw) = 0 ， 0 = 0 时，即 Z ( jw) = R ，电压u(t)与 LC wC 1 为电路的固有谐振频率。 电流i(t)相位相同，电路发生谐振。式中 w0 =
Z R w L 1 1 = j 0 U = jQU ，U U L = jw0 LI I =−j U S = − jQU S S C = S R jw0C w0 RC
效率，环路，能量传递
兆讯方案
IDTECH方案
7.4V D210接口板



问题描述 客户在使用过程中，S90经常发生多台机器安全触发。 问题分析 经过对客户现场的模拟分析，进行了静电与对讲机干扰两种实验，最 终确定为对讲机干扰所致。 对讲机的干扰频率为400MHz,通过在MESH上加100pF电容，可以解决 问题，另外也可通过 将MESH墙上增加铺铜减少MESH对对讲机干扰接 收效率也可以解决问题。 风险分析 在支付行业中，客户使用对讲机是经常性的，因此此问题需要针对库 存及新生产的机器导入抗干扰措施。
其中，Q为串联谐振电路的品质因数，
电路谐振时的电流为 I = U s = U s ，电路谐振时的电压为 U R


LC
=U ， = RI S
Q=
比。
w0 L 1 ρ = = ，其数值等于谐振时感抗或容抗与电阻之 R w0 RC R
PCB信号回路耦合， 变压器初次级耦合？
PCB信号走线耦合， 器件与线缆耦合？