核心板应用开发遇到电磁兼容问题怎么办？
最后更新：2020-04-10 12:31:08 手机定位技术交流文章
为了降低开发成本，降低产品开发风险，缩短新产品上市时间，嵌入式核心板已经广泛应用于工业、交通、医疗、仪器、能源和物联网等领域。当嵌入了核心板的整个产品存在电磁兼容性问题时，我应该怎么做？这篇文章教你如何分析、定位和有效地解决问题。
电磁适应性
根据GJB 72A-2002“电磁干扰和电磁兼容性术语”的定义，电磁兼容性是指“设备、子系统和系统能够在共同的电磁环境中一起执行各自的功能”的共存状态。包括以下两个方面:
当设备、子系统和系统在预定的电磁环境中运行时，可以按照规定的安全裕度实现设计的工作性能，而不会由于电磁干扰而损坏或不可接受的退化；
设备、子系统和系统在预定的电磁环境中正常工作，不会给环境(或其他设备)带来不可接受的电磁干扰。
总而言之，EMC通常包括以下两项要求:
电磁干扰是指任何可能中断、阻碍、甚至减少、限制无线电通信或其他电气和电子设备性能的传导或辐射的电磁能量。根据电磁能量的传输路径，可分为辐射干扰和传导干扰。常见电磁干扰测试项目如下:
电磁敏感度是指设备、装置或系统因电磁干扰而降低其工作性能的特性。常见的环境管理体系测试项目如下:
常见的电磁兼容问题
对于具有嵌入式核心板的产品，常见的电磁兼容性问题如下:
电磁兼容问题的解决方案
对于电磁兼容问题，发生机制离不开干扰源、传播路径和敏感源。无论是电磁干扰问题还是电磁抗扰问题，都可以通过把握分析、观察、倾听、提问和切题三个方面，辅以针对性的有效措施，从疾病中去除药物。电磁兼容问题的诊断和整改可分为三个步骤:问题现象和描述、分析、根本原因定位、整改和效果验证。
下面以某型号嵌入式核心板产品的电磁干扰发射为例，说明以上三个步骤，电磁干扰抑制问题的诊断和整改也是绕过的，可以相互借鉴。
问题现象和描述(步骤1)
对于电磁干扰问题，重点从四个方面来描述:
根据测试标准；
超过标准的频点或频带；
超出标准限制的程度；
测试期间产品的工作状态和配置。
对于电磁兼容问题，应把握以下四个方面进行描述:
根据测试标准；
产品异常时的测试等级；
产品异常现象及其相应的干涉位置；
测试期间产品的工作状态和配置。
无论是电磁干扰还是电磁抗扰度，产品工作状态和现场测试配置的准确描述在此特别强调。所有这些描述都必须客观真实。描述越清晰、越详细，对分析以下问题和根本原因定位就越有帮助。产品的工作状态包括，例如，功率输出是否满负荷，特定产品中存在何种通信，系统的内部框图等。；现场测试配置包括，例如，是否使用直流或交流电源，是否连接外部适配器，是否连接外部通信电缆，电缆长度，接地条件，产品测试期间的系统框图等。
分析和根本原因定位(步骤2)
对EMC问题和根本原因定位的分析类似于对案例的调查。他们就像织茧一样，在寻找真相。以下分别是电磁干扰和电磁干扰问题分析和根本原因定位的一些方法。
对于电磁干扰问题的定位，总体思路是将整体分成几部分，逐步逼近。通常有两种方法:
排除法:如果产品是一个复杂的系统，它可以被分成几个部分，然后一步一步地接近。例如，产品的每个部分都可以一个一个地关闭或移除(例如，液晶显示屏和电缆被拉出，外部通信电缆被拉出，原始的开关电源适配器由线性稳压电源或电池供电，一些信号源的输出被软件屏蔽，等等)。)，只有最低系统保持工作，并首先检查最低系统是否满足电磁干扰标准的限制要求。如果最小系统的电磁干扰没有问题，我们将逐个打开或恢复已拆除的部件，并比较前后测试结果的差异，以确定电磁干扰的主要来源或路径。
复杂产品或系统的电磁干扰问题分析和定位通常适合在消声室(由企业自建或由其他企业或第三方机构租用)中进行，并且可以在分析和定位的同时进行校正和效果验证。
近场扫描法:如果企业没有自建消声室，不方便租用消声室，可以采用近场扫描法，需要频谱分析仪(或带频谱分析功能的示波器)和近场探头等附件。
通过对产品的整体或部分进行近场扫描来辐射电磁场，可以初步确定风险较高的区域或位置，甚至可以直接定位电磁干扰的主要来源。实施目标校正后，再次进行近场扫描，比较校正前后的结果。如果整改后有明显的改善(如频率点超标幅度大幅度下降或几乎消除)，我们可以去消声室做进一步的测量验证。
关于近场扫描，以下几点需要明确:
-近场扫描是一种定性测量。通过监测产品辐射的频点和近场电磁场的强度，可以初步判断产品的辐射干扰水平。然而，这不能等同于或替代消声室对产品辐射干扰的定量测量。
-近场扫描产品辐射干扰的测量面积远小于消声室的测量面积。更形象地说，近场扫描是“观察管中的豹”，而消声室是“观察整个情况，清楚地看到整个情况”。
-简而言之，近场扫描的结果仅供参考。消声室的测量结果是客观事实，不能相互比较，更不用说两者了。
如上所述，排除法适用于辐射干扰和传导干扰的位置，而近场扫描法通常只适用于辐射干扰的位置。在分析和定位实际的电磁干扰问题时，每个人也可以结合使用这两种方法。
嵌入式核心板产品的常见电磁干扰源如下图4所示。
对于定位EMS电磁干扰抑制问题，主要是寻找产品或系统中对电磁干扰敏感的元器件或电路。总的想法是从表面到内部寻找源头。
在定位电磁干扰的敏感源时，我们也可以用消去法把整体分成几部分，从整机到部件，从表面到内部，然后从部件到电路，一步一步地接近，追踪到源，最后找到最终的敏感位置。
嵌入式核心板产品中常见的环境管理系统敏感源如下表5所示。
除了上面提到的“干扰源”和“敏感源”，在分析电磁兼容问题时，我们还需要特别注意“传播路径”的影响。电磁干扰的“传播路径”通常分为辐射和传导，而“电缆”(包括互连接口电缆、电源电缆、电源和印刷电路板上的信号线等。)是电磁干扰传播路径的物理介质。据相关统计，近90%的电磁兼容问题是由电缆引起的，电缆是一种高效的电磁波接收天线和发射天线，也是电磁干扰传导的良好通道。
纠正和效果验证(步骤3)
通常有三种方法来纠正产品的电磁兼容性问题:屏蔽、过滤和接地。我相信大多数用户已经有了初步的了解，也可以参考相关的书籍或网络文件。
这里我们主要介绍一些在产品电磁兼容整改过程中容易被忽视的问题。
“屏蔽”是辐射电磁干扰的主要整流方法，一般屏蔽电缆、结构和产品的孔洞。应特别注意的是，屏蔽措施必须与接地措施结合使用，否则效果将减半或无法实现。此外，屏蔽措施应在360度的封闭圈中实施，不留下任何缝隙或等效的棒状天线。
“滤波”是校正传导电磁干扰的主要方法。通常需要在产品及其电路中添加额外的滤波器元件，如共模扼流圈、差模电感、电容、磁珠和电阻。一般来说，有两种过滤方法:梳理型和消费型。修饰型“滤波”措施(如电容滤波)需要与“接地”一起使用。应特别注意的是，过滤措施应尽可能靠近干扰源或敏感源，以免大大降低“过滤”措施的效果。
在“屏蔽”和“过滤”两大措施中，“接地”是电磁干扰的有效通道。接地方式有多种，如单点接地、多点接地、电容接地、阻容接地、电感接地、磁珠接地、电阻接地等。在实际产品或系统中，哪种接地方式合适取决于哪种接地方式(如接地、安全接地、数字接地、模拟接地、电源接地等)。)，一种接地方式和一种接地方式。有两个问题需要澄清，以避免错误接地。总之，“接地方式取决于接地目的”。
如上所述，“屏蔽”和“过滤”都是从硬件方面改进的。从更广的角度来看，“屏蔽”和“过滤”也可以通过软件方法来实现。这里有一些软件“筛选”和“过滤”的整改方法供你参考，在实际应用中，你可以举一反三。
芯板应用中的注意事项
以上是产品在出现电磁兼容问题后的整改方法和总体思路，那么在将核心板应用于产品开发时如何避免电磁兼容问题呢？接下来，让我们看看一些预防措施。
电源电路的电磁兼容设计
电源接口是电磁兼容必须测试的接口之一，包括电磁干扰和电磁干扰。为内置核心板的产品设计电源接口时，应注意以下几个方面:
为了抑制浪涌干扰，在电源接口附近的产品底板的电源电路中增加了瞬态电压抑制器二极管保护。需要结合电源电压选择合适规格的瞬态电压开关二极管。
如果DC/DC(通常位于背板上)用作核心板的DC电源，建议在DC/DC输入端增加电磁干扰滤波器电路，以降低过度传导和辐射干扰的可能性。
如果核心板有多个电源引脚，背板上的这些电源信号会增加核心板附近的滤波器电容。具有不同电容值的贴片电容，如10uF、0.1uF、1nF等。，并行用于宽带滤波。
接口电路的电磁兼容设计
核心板的接口电路通过板对板连接器(或戳孔)延伸到底板，有些甚至成为整个产品的输入输出接口，如按键、发光二极管指示灯、SPI、I2C、串口、液晶、以太网等。如果这些接口电路不是由电磁兼容设计或电磁兼容设计不合理，一方面外部电磁干扰通过接口和接口电路传导到核心板，轻则导致误操作，重则损坏核心板，另一方面核心板和底板的电磁干扰会以传导或辐射的形式发出电磁干扰，导致整个产品的电磁干扰测试超标。
在为具有嵌入式核心板的产品设计接口电路时，需要考虑以下几点:
如果产品的输入信号是高低电平信号(如按键、复位、开关值等)。)并且信号在底板上具有长轨迹，则应在底板上的核心板的输入/输出输入附近添加RC滤波。
如果产品的输入信号是高速数字信号(如时钟、SPI、I2C、AD采样信号等)。)，应更多考虑印刷电路板布局和布线，以确保背板上的高速信号走线尽可能短，并且过孔尽可能少。ESD和其他保护器件可以适当地添加到信号走线中，但不应允许过大的寄生电容或滤波器电容影响高速信号的质量。
对于从核心板延伸到底板的高低电平输出信号，更多的是从抗电磁干扰的角度考虑。底板上的信号走线尽可能短，可以适当增加静电放电和其他保护器件。
对于从核心板延伸到底板的高速数字信号(如SPI、I2C、串口、以太网和液晶接口)的输出，更多的是从电磁干扰的角度考虑。匹配电阻或RC滤波器电路可以适当地添加到这些高速数字信号中。与此同时，底板上的高速信号布线应尽可能短，并且应少通孔。
对于具有更多数据线和时钟线的输出接口(如液晶显示器接口)，排除可以串行插入信号线，并靠近底板上的核心板放置，以减少源的电磁干扰发射能量。同时，也可以采用多层板设计。高速信号和时钟线可以尽可能地在印刷电路板内层布线，并且可以以封装方式处理液晶时钟线，以减少信号环路面积并进一步减少电磁干扰。
基板上芯板的布局和组装
除了电源和接口电路的优化设计之外，背板上核心板的不合理布局或组装也很容易导致电磁兼容性问题。在底板的布局和组装中，核心板有以下注意事项:
芯板应尽可能布置在底板的中心区域，避免放置在底板的边缘或靠近底板的外围接口，以减少外部电磁干扰对芯板的不利影响；
如果核心板有定位孔(连接到GND)和板对板连接器，我们建议在底板上保留对应于核心板(也连接到GND)的定位孔。通过连接器将芯板组装到底板后，将铜柱安装在芯板和底板的定位孔上，并用螺钉锁紧，既能减少震动，又能保证整个芯板良好接地，保持低接地阻抗。
在设计或安装产品内部结构时，接口电缆不能直接放置在芯板上方，也不能穿过芯板和底板之间的缝隙，也不能靠近芯板，以防止芯板通过接口电缆对接口电缆的耦合干扰或对芯板的外部干扰。
由于篇幅所限，以上仅简要介绍嵌入核心板的整机产品的电磁兼容性问题的分析和解决方法，供用户参考。我们还可以为客户提供由EMC设计或修改的技术服务，帮助他们尽快达到预定的EMC性能指标。
本文由 在线网速测试 整理编辑，转载请注明出处。
