1.1 接地对辐射实验的影响
金属外壳接地已经成为了一种共识,很多人可能会认为金属外壳就该接地,接地可以改善EMC性能,对于抗干扰类实验,情况可能是这样,但是对于辐射类实验而言,有时候会有不一样的结果。
l接地点位置选择不佳受到干扰时的回流路径
需要重点强调的是,给产品的金属外壳选择合适的接地点,可以提升产品的抗干扰能力。
如图3所示,外部干扰信号从金属外壳进入,当产品的外壳没有接地时,干扰的泄放路径是PCB板的地/金属外壳,或者产品的负极(接电池负极)或者任何可以跟下方铜耦合板有直接、间接连接的点。
这样的接地方式,干扰信号将会更多的流入PCBA,由于各个路径的阻抗不一致,共模干扰转变为差模干扰,严重的情况下,将引起产品功能异常;
图3 接地点选择不佳时的回流路径
l选择合适接地点时的回流路径
当金属外壳以一种合理的方式接地时(通常选择导电连续的金属外壳部分进行接地),从图4看出,干扰信号会优先选择阻抗最低的路径进行回流,金属外壳跟铜箔因为直接接地,通常其直流阻抗约为几十毫欧,干扰信号优先选择该泄放路径进行回流。此时,进入PCBA的干扰信号将会大大减少,降低了PCBA受到干扰的风险。
图4 选择合适接地点时的回流路径
从上面可以看出,金属外壳选择合适的接地点,的确可以增强抗干扰能力。
但是对于辐射类实验,可能就有不一样的效果。因为靠近干扰源设置接地点,将会给干扰信号提供额外一条路径,特别当频率足够高,天线满足辐射条件时,将会引起辐射超标。
1.2接地对辐射影响的典型案例分析
一.实验现象:
某车载产品在进行CE电流法测试时,发现在176MHz附近包络超标。
图5 产品实物图
图6 实验 室测试超标曲线图
二.实验原因分析:
1.)首先我们重新测试底噪,发现底噪满足6db的要求
图7 底噪测试曲线图
2.)我们检查实验的现场布置图,如图8所示,未用的线束要么拔掉,要么接负载,金属负载接入铜板,线束也未出现弯折扭曲,整体现场布置图未有明显问题。
3.)分析测试曲线,从曲线中可以看出,这个干扰信号应该是由开关电源和176MHz频率引起。对于176MHz该频率点,有可能是谐波倍频,也可能信号本身就是176MHz,我们需要检查频率表。
检查频率表未发现有176MHz这么高的频率,但是存在1.8MHz的音频时钟信号,我们可以初步确认该包络是由DCDC开关电源和1.8MHz的倍频点引起的。
看到这,可能有人要问,为什么是DCDC开关电源和1.8MHz倍频点引起?首先,由于DCDC电源是近似方波,除非该DCDC本身方波的上升沿时间可以改变,否则,其谐波能量很高,高次谐波的频谱也更加广,这样才能形成完整的包络,其次,对于时钟信号,通常我们会串联一个电阻,或者为了满足EMC性能,刻意的在满足信号完整性的前提下,降低其上升时间,所以其形成的高次谐波频谱没有方波丰富。
基于以上分析,我们对两者进行处理,首先处理DCDC电源部分:
图9 DCDC电源三个环路图
对于DCDC电源,我们现在的电源是Buck电路,对于其三个环路,如图9所示,环路1 的电流是不连续的,其环路包含丰富的高次谐波分量,根据差模干扰的公式,s*I*F*F/D,可以看出频率越高,其形成的干扰越大;而环路2和3的电流是随着电感的电流变化,没有发生突变。因而,我们选择在输入端增加100nf电容;同时由于音频时钟原先串联的是10R电阻,根据电流越大,其对外辐射的能量越弱,我们选择串联22R电阻。基于以上两个措施,我们复测实验:
图10 增加100nf电容和串联22R电阻测试曲线图
发现可以通过实验,但是余量不足,也就2db左右,还不保险。
我们尝试将接地点去除,神奇的事情发生了,余量达到了3.5db,可以满足测试的要求。
图11 并联电容100nf和串联22R电阻基础上,去除接地点测试曲线图
为什么会发生该现象呢?当产品外壳接地的时候,特别是当该接地点接在干扰源附近的时候,会给干扰源增加一条从信号接收端到滤波电容,到PCB的地,再到金属外壳,再到铜箔,铜箔再到电池负极,再通过地线完成回流。
而该干扰正好被CE检测设备捕捉到,因而导致测试超标。为了验证该猜想,我们将接地点更改位置,重新测试,也达到了2.79db,可以基本满足测试要求。
图12 并联电容100nf和串联22R电阻基础上,更改接地点测试曲线图
三.总结:
A.有条件接地,还是需要做接地处理的,这样可以提升抗干扰特性;
B.不论是抗干扰还是辐射类实验,都需要考虑这个接地点怎么选择,不是说任何一个接地点都能带来好的实验结果的。