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产品中时钟的辐射发射及其载体(天线)的识别

产生窄带谐波的源有晶振或时钟振荡器、内部的锁相环(PLL)时钟上的变频器、快速的时钟信号或其他产生快速上升时间的数字电路。对于理想方波的晶振或时钟,其占空比为准确的50%且没有过冲或失真时将只有奇次谐波比如3次、5次、7次等。实际上,由于晶振或时钟脉冲的占空比通常都有偏差-即占空比与准确的50%有偏离,且由于信号的失真、上升和下降时间等,因此将会出现偶次谐波。通常情况下,他们的幅值要小于奇次谐波。

注意:通常不同时钟源的两个或多个谐波将会落在相同的频率上。虽对某一时钟使用了解决方法,但看到的是谐波的幅值并没有明显的改善。举例进行说明:

假设某时钟的1号谐波为50dBuV/m,2号谐波为44dBuV/m;这两者都超过了EN55022的40dBuV/m的限值。如果他们同相,两个矢量叠加得到的值为52dBuV/m。若2号谐波得到了抑制-使用一种解决方法,可能会注意到与之前的谐波值相比并没有太大的变化-最多为1.2dBuV/m。这就是为什么最好留下所有可能的解决办法直到解决了问题或识别出了所有的主要影响。

接下来缩小范围,看问题是由电缆发射的,还是由外壳发射产生的或者是两种的结合。这时可以使用近场探头探测,他们能有效地确定发射源。使用电流探头靠近受试产品钳住电缆,每次一根以识别最强的发射源。这时沿着电缆向两个方向分别慢慢地滑动探头以得到最大的读数。通常情况下,电缆上200MHz以下的共模电流与辐射发射问题直接相关。

此外,还可以使用电场探头在壳体或外壳的缝隙附近探测泄漏。作为通用规则,如果泄露缝隙被限定在较短的长度,那么它可能对总的发射问题的影响不大。若泄露缝隙的长度接近1/10波长或更长-比如1/4波长的泄露缝隙可作为有效的天线。那么在这种缝隙处可用铜箔胶带进行处理。

尝试着移走不需要的I/O电缆以确认是否是他们引起了辐射发射的超标。并尝试着在电缆上增加铁氧体扼流圈。但一定要规定和确认好铁氧体扼流圈的材料和大小,确保它能衰减电缆上的共模电流从而减小所产生的磁场。

如果知道了所测试电缆中流动的谐波电流值,那么就可以使用此电流值来估算某一距离通常为3m或10m处的电场。使用电流探头测量电流,然后用预测公式进行分析计算即可。

1.辐射发射的识别

一旦发现产品的结构比如连接线电缆、缝隙或其他孔缝已成为辐射天线,那么就需要打开产品,尽力确定驱动外部电缆或缝隙产生辐射的发射源和可能的耦合机理。这是最难的工作。但通常情况下,发射源会追溯到特定的电路板或一组电路板上。对于此问题,在发射电缆的内部,在噪声源端增加铁氧体扼流圈是肯定会有用的。同时,寻找到与其他电缆捆在一起的且相耦合的噪声电缆。

比如,尝试着将噪声电缆重新布置到其它地方。通常情况下,把噪声电缆沿着金属外壳进行布置可减小电缆产生的场强。最坏的情况下,可能需要使用附加的滤波方法对产品的有噪部分进行重新设计。

为了识别出内部电缆是否是辐射源,可考虑使用射频电流探头。把电流探头卡在电缆上,有助于对所怀疑的电缆上的发射源,甚至单根导线上的发射源进行定位。这时虽然测得的发射值将与测量整个产品得到的发射值不同,且测量曲线也可能与测量整个产品得到的测量曲线不相同,但这是一个极好的可能解决问题的方法和手段。此时测得的辐射源可能仅是两个或多个辐射源中的一个。因此,如果整个产品中的测量曲线中有两个凸起的峰或频点,但测量一根电缆时仅测量到一个,那么就需要再继续寻找另外一条辐射电缆或其他的辐射源。

2.电源线的发射

如果发射怀疑是由电源线产生的,那么可以使用线路阻抗稳定网络测量100MHz以下的传导发射进行EMI故障确认。

使用LISN测量传导发射,然后与在实验室测量的辐射发射结果进行比较。如果发现两条曲线具有相似性,那么电源线是产生辐射发射问题的发射源之一,但不是全部。再返回到实验室进行测量,就会发现传导发射的减小有助于改善辐射发射。

注意:应记住的是发射源可能有多个,电源线仅是他们当中的一个。一般不要觉得单独使用这个办法就能解决问题。

对于复杂的电路板控制系统,产品的可靠性方面设计及应用是与系统的结构设计存在很大的关联,设计应用需要根据产品的功能方案原理图,PCB设计,金属结构这三个要素进行风险评估的。

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