电子产品EMC处理入门

2020-03-03 11:54:25 来源：范文大全收藏下载本文

电子产品EMC处理入门

CE认证中EMC测试，有三个重要部分：电磁兼容ＥＭＩ，静电ＥＳＤ，电源浪涌。

第一个部分：EMI电磁兼容

图一，实验室EMI报告实例，

各个试验室的报告大致一致，上图是平板电脑在插充电器播放SD卡里的视频的扫描结果。横坐标是频率30-1000MHz，纵坐标是辐射强度dBuV/m,图中表示在162.041这个频点上面辐射超标。

主要是防止电子产品的辐射尖峰高于标准，对周围的其他电器设备，例如电视，音响，心脏起搏器等产生干扰。

这个标准限值是40dB，自己扫起来会比较麻烦，设备条件也达不到CE的要求，所以一般是先去实验室微波暗室先对全频段扫一遍。然后回公司用频谱仪辅助整改。实验室价格大多是标价700一小时，最少半小时算，一般打6-8折。就是400-500一小时左右。一般签约长期合作会按6折算的。

另一个方面是PCB发散的DB值比较高的电磁波会导致wifi,3G,GPS,BT天线受到干扰而信号变差，灵敏度（信号分辨率）降低，体现在GPS上是搜星速度变慢且信号dB值降低。Wifi上面则是到一定距离以后就无法正常播放视频。

EMI后期处理主要方法是做好屏蔽罩，包导电布，（导电布要良好接地），使用排阻和共模电感这些方法。3G4G和wifi的超标波峰则是通过匹配ANT线上的电容电阻和修改固件来降低某个频点的发射功率来改善。

对于PCBlayout 的修改和预防，有这几个方面：

a、辐射比较大的线走内层；主要是高速的信号线和时钟线，例如HDMI，MIPI，USB，wifi SOIO，TF SDIO，CAM 等

b、走线和电源避免出现直角和锐角，覆铜和铜箔要做好倒角；地线走线端点要打过孔

c、走线折角越大越好，越平滑发散越小；

d，高速线和时钟线要做好阻抗，特征阻抗可以保证电磁波刚好被接收端接收。如果阻抗差得较大，就会出现乒乓球效应，部分信号会反射回来反复激荡，最终变成电磁波发散出去，一般某种信号线的特征阻抗和该信号的频率和波形有关，控制阻抗的方法是控制走线宽度，走线间距，阻抗线要求相邻的地层是完整的，作为“参考平面”。板厂还有控制隔层（也叫介质层/绝缘层）厚度和控制走线铜厚等方法来控制阻抗。一般计算阻抗使用的是SI9000软件。

e、对于屏，SD卡，HDMI，WIFI，摄像头的时钟线，要求做好包地；还有板载GPS模块的时钟也要做好包地，这些是导致辐射超标的元凶。还有HDMI，MIPI屏，USB的差分线，也要做好阻抗和包地，以上的重要信号线，有条件都要走内层。其他的比如DCDC电源和PMU等一般都要加屏蔽罩来降低辐射强度。大量的电感的辐射也不能忽视。

平板电脑和手机CE的EMI测试有这几个模式：

前摄像头插SD卡录像模式，后摄像头插SD卡录像模式，前后摄像头自动连拍（apk实现）模式，HDMI用SD卡放视频模式，电脑拷贝文件到平板电脑模式测试。

其中最难通过的是HDMI模式和USB传输模式。这两个项目都要求选用极好的，带屏蔽的，已经通过了EMI标准的传输线来测试才比较好通过。

如果在第一次试产完毕就完整的扫描一下不加外壳的样机在各个工作模式下的辐射参数，然后通过增加和调整磁珠，皮法级的电容、共模电感，排阻的值，修改走线，优化走线的阻抗值这些方法来改善EMI，还是很好解决的。

有些公司设立了EMI工程师这个职位主要任务就是用这些方法来改善PCB，国际化的电子产品都需要过3C（中国）、CE（欧洲）、FCC（美国）等认证。南美市场和韩日台等也有自己的认证，大致标准和以上三种差不多。

第二部分：静电测试（ESD）

这个主要测试项目有两个，空气放电（距离5mm左右放电，这个产品各个部位都要打）和接触放电（就是放电头接触打，只打手摸得到的导电部分，比如USB座子、HDMI座子，SD卡座子外缘,金属边框和外壳等。

这个静电测试主要是保证空气干燥的环境下，电子产品能够和平时一样正常工作。

比如沙漠地区，和各国的冬天，一般都是空气湿度低，衣服摩擦产生静电就会很多，汽车运动中摩擦产生的静电还要大一些，这些静电的电压都有4—10KV左右。

一般平板电脑的标准是接触放电±4KV，空气放电±8KV；有些客户要求严格些的要求是接触放电±6KV，空气放电±10KV；汽车电子的静电认证标准要高于平板电脑。

测试的模式有关机测试，开机桌面模式测试，还有播放视频测试等。都要把接触放电和空气放电对相应部位过一遍，一般都是打一次静电用接地线放上去把静电放掉，每个部位打10次。而且正负高压都要测试。正负高压测试结果有时会不同。

测试的标准是电子功能要正常，各个模块工作正常，没有死机花屏概率性关机，损坏无法开机等现象出现。测试前要经过软硬件测试和老化测试，确保样机ok，如果测试后拿回去老化出现概率性死机，也是不通过的，但是一般不影响过认证。

深圳大多数实验室都是测静电标价500一小时，有专业的静电测试房和测试设备，一般也是6-8折。一般半小时可以搞定，包括整改。

静电处理的方法的核心是导通到地，比如USB和SD卡的座子到地平面多打过孔，使静电从电阻最小的通路进入地平面；还有就是在信号线和电源线上面加静电管/TVS管，该元件在电压超过限值的时候会由超大电阻变成极小电阻，将静电导入地平面。

还有一个后期最常用的方法就是用导电布和导电泡绵把静电导入地平面，或者在塑料后壳上面贴大面积导电布或者铝箔纸做一个存储静电的“大水池”，再用导电泡棉把出问题的部位的导电部分和这个大水池还有充分接地。

第三部分，浪涌测试。

手机平板只是测试充电器。插拔过程瞬间，手机平板那种5V充电器的瞬间电压一般在15V左右，只有一个波峰。这个波峰比较容易造成电子产品损坏，比如击穿输入口附近的滤波电容或者某些电源IC导致短路。

质量越好的充电器这个参数压得约低。充电器空载的时候这个波峰会比带负载时高一些（3-10V）。捕捉这个插拔浪涌电压的方法是用电子负载仪来模拟电子产品作为负载。然后用示波器单次来自动捕捉USB-5V上的这个浪涌电压。捕捉10次取平均值。

CE标准是要求把这个峰值压在负载10V，空载12V。

汽车电子由于点火线波动更大，对于浪涌的测试会要求更高。

我们要增加对浪涌电流的承受能力，一个是在DC12V上面要尽量使用耐压30V以上的电容，另一个是在DC12V和PWR上面使用TVS管；但是由于TVS管被过高的持续电压击穿后会造成短路烧坏壳子，所以必须放在保险丝和过压保护IC后面，或者DCDC后面。

还有就是要在电源线，地线和铜箔和过孔上留足余量。

过孔电流计算，按照0204过孔周长0.6mm,0305过孔0.9mm，（等价与走线）来算；温升控制要求低于10度，1mm，1orz,按照1.5-2A电流来算,留足余量3-5倍，板子的稳定性就可以好很多。

最后就是元件例如DCDC选型的时候选耐压高的，12V以下其实考虑这方面的并不多。

这些方法总结起来就是做好电路规划，选好电容，加TVS，注意走线过孔。同时还要注意电流补偿产生的上冲，还有瞬间功率太大造成的下冲问题（轨道塌陷）。

最后讲一讲信号处理这部分，

蓝牙很好过，基本测试要求100KB/S很好过，原理图没错基本就没问题。一般都是和FM、WIFI做在一起了。

WIFI的话要求把阻抗做好，走线较长的话拐角用圆弧，有合适的匹配电容电阻，如下图就是一个WIFI天线做得比较好的。

还有好的天线厂也很重要，例如固戍云希大部分wifi天线可以做到距离25M穿一道墙，wifi apk测试53-58dB左右，25m播放网络视频缓冲在10S以内，而且不会中断。但是云希调3G4G天线只是还行，勉强达到标准，70分。GPS FPC天线也一般。

另一家比如南斗星和圣玛尔在GPS和3G，4G天线上面有更好的表现。 wifi驱动本身对信号也是有很大影响的，如果对wifi信号强度要求比较高，可以直接让供应商把通过调节软件固件把wifi发射功率调高一些（一般都设为22.5dB 的发射功率），从天线座子用端子把信号接出来，用网分，8960，频谱仪和CM300，CM500这些仪器都可以测试发射功率的，缺乏设备就可以直接拿去天线厂和模块厂测试。这个是有源测试。

但是发射功率调高，信号质量就会下降，例如出现信号波形变形严重（EVM值高）还有灵敏度下降的情况，就是25m信号接收到45dB，但是看视频却看不了。（灵敏度定义wifi和3G有些不同的，定义为丢包率7%/3%的时候的信号强度，直接可以理解为信号分辨率，主要受干扰/杂波和信号变形影响）

举例2，目前平板手机基本都是GPS，wifi，蓝牙，FM是4合1天线，着重调WIFI和GPS天线。蓝牙和WIFI的频段很接近的。3G是一根天线，4G一般都要一主一副2跟天线，主要是频点太多了。

例如4G测试，有1000多个频点，要测试2-3个小时（Ｃｍ５００自动化测试）。

４Ｇ方面，目前没有自己画过，知道做得比较好的有华旭昌，品网和发掘。之前４Ｇ都是和他们合作的，需要买ＣＭ５００，不然很难搞定，基本必须要一个通信工程师来调模块各个频点的发射功率的的，要不然某些频点（某些地区）信号表现会比较差。