GB/T 43262-2023 电磁干扰诊断导则

　　ICS 33. 100 CCS L 06

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43262—2023

　　电磁干扰诊断导则

　　Guideto thetroubleshooting electromagneticinterference

　　2023-11-27发布 2024-06-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43262—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语 、定义和缩略语 1

　　3. 1 术语和定义 1

　　3. 2 缩略语 2

　　4 电磁干扰诊断概述 2

　　4. 1 电磁干扰诊断基本概念 2

　　4. 2 电磁干扰诊断过程 7

　　5 RE 问题诊断 9

　　5. 1 概述 9

　　5. 2 RE检查清单 9

　　5. 3 不合格的典型原因 10

　　5. 4 RE故障诊断 10

　　5. 5 典型的解决办法 16

　　6 CE 问题诊断 17

　　6. 1 概述 17

　　6. 2 CE检查清单 18

　　6. 3 不合格的典型原因 18

　　6. 4 CE故障诊断 18

　　6. 5 特殊情况和问题 21

　　6. 6 典型的解决办法 22

　　7 RI问题诊断 22

　　7. 1 概述 22

　　7. 2 RI检查清单 22

　　7. 3 典型的失效模式 23

　　7. 4 RI故障诊断 23

　　7. 5 特殊情况和问题 24

　　7. 6 典型的解决办法 24

　　8 CI问题诊断 25

　　8. 1 概述 25

　　8. 2 CI检查清单 25

　　8. 3 典型的失效模式 25

　　Ⅰ

　　GB/T 43262—2023

　　8. 4 CI故障诊断 26

　　8. 5 特殊情况和问题 27

　　8. 6 典型的解决办法 27

　　9 EFT/B问题诊断 27

　　9. 1 概述 27

　　9. 2 EFT/B抗扰度检查清单 27

　　9. 3 典型的失效模式 28

　　9. 4 EFT/B故障诊断 28

　　9. 5 特殊情况和问题 30

　　9. 6 典型的解决办法 30

　　10 浪涌(冲击)问题诊断 31

　　10. 1 概述 31

　　10. 2 浪涌(冲击)抗扰度检查清单 31

　　10. 3 典型的失效模式 32

　　10. 4 浪涌(冲击)故障诊断 32

　　10. 5 特殊情况和问题 34

　　10. 6 典型的解决办法 34

　　11 ESD 问题诊断 34

　　11. 1 ESD概述 34

　　11. 2 ESD抗扰度检查清单 35

　　11. 3 典型的失效模式 35

　　11. 4 ESD故障诊断 35

　　11. 5 特殊情况和问题 38

　　11. 6 典型的解决办法 38

　　附录 A (资料性) PCB级 RE诊断 40

　　附录 B (资料性) 电源滤波器的设计与选型 45

　　附录 C (资料性) 不同端口的浪涌抑制电路示例 49

　　参考文献 56

　　Ⅱ

　　GB/T 43262—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国无线电干扰标准化技术委员会(SAC/TC79)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国电子技术标准化研究院 、深圳市恒创技术有限公司 、北京泰派斯特电子技术有限公司 、美的集团股份有限公司 、深圳市韬略科技有限公司 、工业和信息化部电子第五研究所 、广州致远电子股份有限公司 、扬芯科技(深圳)有限公司 、中电科思仪科技股份有限公司北京分公司 、上海市计量测试技术研究院 、四川省药品检验研究院(四川省医疗器械检测中心) 、厦门市产品质量监督检验院 、上海雷卯电子科技有限公司 、航卫通用电气医疗系统有限公司 、中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 、江苏省电子信息产品质量监督检验研究院(江苏省信息安全测评中心) 、中国汽车工程研究院股份有限公司 、广东中认华南检测技术有限公司 、健研检测集团有限公司 、北京邮电大学 、中家院(北京)检测认证有限公司 、中科都兴电磁技术(北京)有限公司 、河南凯瑞车辆检测认证中心有限公司 、北方自动控制技术研究所 、联正电子(深圳)有限公司 、深圳市亿联无限科技有限公司 、苏州铂韬新材料科技有限公司 、广东顺德科锐玛电器有限公司 、东莞市东电检测技术有限公司 、广州市德珑电子器件有限公司 、深圳市黑金工业制造有限公司 、深圳市佳贤通信科技股份有限公司 、广东博纬通信科技有限公司 。

　　本文件主要起草人 :崔强、付君、朱文立、李金龙、高新杰、叶畅、陈勇志、杨红波、孙美秋、杨邦、李云鹤、邵鄂、杨志奇、李如宝、胡光亮、夏连生、郭建东、陈政宇、胡建、孙晋栋、康亚强、吕凌、黄雪梅、卢炎汉、林森、石丹 、赵熠晨 、刘渊正 、李腾飞 、张振林 、何少波 、陈政 、刘忠庆 、谢建萍 、余江 、汪民 、贾涛 、任恩贤 、吴泽海 。

　　Ⅲ

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　　电磁干扰诊断导则

　　1 范围

　　本文件给出了电子/电气设备电磁干扰(EMI)诊断技术和基本方法 。

　　本文件适用于电子/电气设备的 EMI故障诊断 ,并为电子/电气设备的 EMI故障的解决提供指导 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 4365—2003 电工术语 电磁兼容

　　GB/T 17626. 5—2019 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验

　　3 术语、定义和缩略语

　　3. 1 术语和定义

　　GB/T 4365—2003界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1. 1

　　衰减 attenuation

　　信号从一点到另一点的传输过程中 ,其电压 、电流或功率减少的量值 。

　　3. 1.2

　　搭接(接地和直流电阻) bonded(ground connection and d.c.resistance)

　　在两个金属部件间获得尽可能小的阻抗(电阻和电感) 。

　　注 : 直流电阻一般不超过 10 mΩ。使用低电流(≤100 mA)4线制毫欧计进行测量 。

　　3. 1.3

　　耦合路径 couplingpath

　　能量从噪声源传输到受扰电路或系统所经由的结构或媒介 。

　　3. 1.4

　　串扰 crosstalk

　　一个电路到另外一个电路的电磁耦合 。

　　注 : 这种现象通常出现在线缆之间或电路印制线之间 。

　　3. 1.5

　　骚扰源 disturbancesource

　　噪声源 noisesource

　　对其他电路或系统产生电磁干扰或破坏的源 。

　　示例:开关电源 、时钟电路(晶振电路) 、高速数据总线 、感性负载的通断等 。

　　3. 1.6

　　插入损耗 insertion loss;IL

　　由传输线路或系统中插入转换网络所引起的损耗 。

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　　注 : 插入损耗通常为下述 a) 、b)两项的比值 , 以 dB(分贝)表示 :

　　a) 在插入转换网络之前 ,分配给传输线路或系统中待置转换网络后续部分的功率 ;

　　b) 在插入转换网络之后 ,分配给传输线路或系统中该后续部分的功率 。 3. 1.7

　　受扰者 victim

　　接收电磁骚扰且受到干扰的电子元件 、电路 、装置或系统 。

　　3.2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　AC 交流(alternating current)

　　AMN 人工电源网络(artificial mains network)

　　ASIC 专用集成电路(application specific integrated circuit)

　　BCI大电流注入(bulk currentinjection)

　　CAD 计算机辅助设计(computer aided design)

　　CE 传导发射(conducted emissions)

　　CI传导抗扰度(conducted immunity)

　　DC 直流(directcurrent)

　　EFT/B 电快速瞬变脉冲群(electricalfasttransient/burst)

　　EM 电磁(electromagnetic)

　　EMC 电磁兼容性(electromagnetic compatibility)

　　EMI电磁干扰(electromagnetic interference)

　　ESD静电放电(electrostatic discharge)

　　EUT 受试设备(equipmentunder test)

　　GDT 气体放电管(gas discharge tube)

　　IC 集成电路(integrated circuit)

　　IL 插入损耗(insertion loss)

　　LCD 液晶显示器(liquid crystal display)

　　MOV 压敏电阻(metaloxide varistor)

　　OEM 原始设备制造商(original equipmentmanufacturer)

　　PCB 印制电路板(printed circuitboard)

　　PLL 锁相环(phase locked loop)

　　PPTC 自恢复保险丝(polymer positive temperature coefficient)

　　RE辐射发射(radiated emissions)

　　RI辐射抗扰度(radiated immunity)

　　SMT 表面贴装技术(surface mounting technology)

　　TSS半导体放电管(thyristor surge suppressor)

　　TVS 瞬态抑制二极管(transientvoltage suppressor)

　　4 电磁干扰诊断概述

　　4. 1 电磁干扰诊断基本概念

　　4. 1. 1 EMI问题的基本形式

　　EMI问题的基本形式由以下 3个部分组成 :

　　— 能量(骚扰)源 , 即发射器或骚扰源电路或设备 ;

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　　— 受扰者 , 即接收器或接收电路或设备 ;

　　— 耦合路径 。

　　EMI的 3个组成部分及其能量的耦合方式如图 1所示 ,能量耦合方式主要有以下 4种 。

　　— 感性耦合 ,其产生需要时变的电流源和两个 “环路 ”或两条平行导线(具有返回路径) ,其主要通过磁场耦合 。

　　注 1: 这种耦合的例子 :开关电源中的电源变压器(具 有 大 的 di/dt) 与 附 近 电 缆 的 耦 合 或 一 条 “有 噪 ”电 缆 走线时位于另一条电缆的附近 。

　　— 容性耦合 ,其产生需要时变的电压源和两块紧耦合的金属 “板 ”(金属板也可以是两条平行导线) 。

　　注 2: 这种耦合的例子 :开关电源(具有大的 dV/dt)的大散热片 ,其与电缆或附近的 PCB发生耦合 。

　　— 辐射耦合 ,其产生需要两副天线 ,例如发射电路或导线与接收电路或导线 。发射天线可以是大的结构 ,在这种结构中 , 能量源耦合给金属外壳 、设备或电缆 ,也可以是作为能量源的发射器(即图 1 中的骚扰源电路或设备) 。接收器(即图 1 中的接收电路或设备)可以为广播或电视接收机或其他受扰设备 。在 EMI试 验 中 , 一 副 天 线 是 实 验 室 所 用 的 EMI天 线 和 接 收 机 系 统 。能作为天线的常见结构包括输入/输出(I/O)电缆 、内部电缆和屏蔽壳体上的开口 、槽或缝隙 。如果这些结构(电缆或缝隙)的耦合频率接近谐振频率(通常对应于半波长的谐振频率) ,则这种情况更符合形成天线的条件 。这种类型的耦合通常位于 EUT外部 。

　　— 传导耦合 ,其产生需要骚扰源与接收器之间具有连接导线 ,且这种耦合通常与导线的长度无关 。骚扰源与接收器之间也同时存在共阻抗(导线或外壳结构) 。在大多数情况下 ,这种耦合为低频效应(小于 50 kHz) ,通常称为地环路 。 在音频或声音系统中通常存在这种耦合问题 。当两个或多个分系统通过相同的电源供电时经常也出现这种问题 。通常的故障诊断是为每个分系统单独供电 ,看是否解决了耦合问题 。这种类型的耦合位于设备的内部或外部 。

　　感性耦合和容性耦合称为近场耦合 。这些类型的耦合通常出现在 EUT 内部 。对于近场耦合 , 如果耦合结构之间增加较小的距离 ,耦合效应将会显著地减小 ,所以把两个环路或平面相隔开是解决这种干扰故障的方法 。

　　示例:如果怀疑电源变压器可能与某个敏感电路相耦合 ,则需尽量延长变压器的引线使得变压器和可疑受扰电路之间存在一定的距离 。通过改变铁心和绕组的方位 ,如果观察到耦合发生较大变化 ,则就可确认其为近场耦合 。

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　　图 1 EMI的三个组成部分及其能量的耦合方式

　　4. 1.2 近场和远场

　　由于电磁(EM)能量源为时变的电压源或电流源 , 因此 , 当非常接近这些能量源时主要的场分量为电场(E)或磁场(H) 。通常 ,导线或电路印制线中流动的电流产生的主场分量为磁场 ,而高压产生的主场分量为电场 。考虑这种问题的另外一种方式 , 即电流环路是主要的磁场源 ,而金属表面(例如散热片)是主要的电场源 。 电路印制线产生的是电场还是磁场 ,则取决于其与环路相关的多还是与金属表面相关的多 。这些骚扰源可用近场探头确定 ,近场探头用来测量磁场或者电场 。

　　如图 2所示 ,高阻抗电路(通常与高压相关)通常会产生高的电场 ,而低阻抗电路(通常与大电流环路相关)通常会产 生 高 的 磁 场 。 当 探 头(或 接 收 天 线) 远 离 电 磁 能 量 源 超 过 大 约 1/6波 长(即 λ/2π)时 , 电场和磁场的阻抗趋于自由空间的波阻抗 Z0 (约为 377 Ω) , 电磁场成为平面波 。 由于所有天线都

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　　能对电场和磁场产生响应 , 因此通常都使用天线测量电场或磁场 ,但当评估 EUT产生的 RE时 ,测量天线主要测量一定距离(通常为 3 m 或 10 m)处的电场 。

　　标引序号说明 :

　　ZW — 波阻抗 ,单位为欧姆(Ω) ;

　　Z0 — 自 由空间的波阻抗 ,单位为欧姆(Ω) ;

　　r — 距骚扰源的距离 ,单位为米(m) ;

　　λ — 波长 ,单位为米(m) 。

　　图 2 近场和远场以及与波阻抗之间的关系

　　电小环天线结构(例如短的电缆或电路印制线) ,其与能量的波长相比为电短的 , 通常为弱的辐射体 ,其发射的能量随着距离的三次方(1/r3 )进行衰减 。 因此 ,磁场源与接收电路或导线通常应非常接近且位于近场范围内 ,这为磁场耦合 。

　　导线和金属板为高阻抗的电场源 。其发射的能量 , 不像磁场衰减那样快 , 而是随着距离的二次方(1/r2 )进行衰减 。其可以与其他高阻抗电路 、导线或金属板实现最佳耦合 。这些金属结构之间应非常接近且位于近场范围内 ,这为容性电场耦合 。

　　图 2 给出了近场和远场以及与波阻抗(ZW ) 之间的关系示例 ,其为确定近场和远场的几种模型之一 。这些模型和过渡区取决于许多因素 ,包括发射结构和接收结构的物理尺寸 、增益 、源阻抗和负载阻抗 。 当六分之一波长位于过渡区内时 ,通常认为 3λ的距离可确保为远场 ,λ/16可确保为近场 。

　　在远场中 , 电场和磁场 引 起 噪 声 问 题 的 潜 在 几 率 是 相 等 的 。要 确 定 哪种 场 在 实 际 当 中 影 响 最 显著 ,敏感电路是什么 。敏感电路具有更多的暴露环路面积 ,其会对磁场敏感 ;敏感电路具有更多的暴露表面面积 ,其会对电场敏感 。

　　4. 1.3 接地/搭接

　　在 EMI故障诊断领域内 ,接地(grounding)实际上是指 EUT 内电路或组件的信号或电源的返回路径而不是地或地平面 。术语 “地(ground) ”很容易让人对其产生误解 ,尤其对于 EMI分析 ,其也指用于把 EUT 与大地相连接的黄绿双色线 。在工程设计中通常误用术语 “地 ”, 由于信号或电源返回路径或参考更能准确表达正确的 EMI设计概念 , 因此本文件使用此定义 。

　　金属部件之间的搭接应具有较低的 DC阻抗(例如小于 10 mΩ) 。 良好搭接可为电流的流动(包括

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　　高频电流)提供低阻抗回流路径 。

　　4. 1.4 壳体上的间隙

　　壳体上的间隙 , 当其长度大于 1/10波长(该波长为 EUT 产生的许多谐波频率中的任何一个所对应的)时 ,可作为有效的辐射天线 。 由于天线既能接收又能发射 , 因此这些间隙能使外部的射频或脉冲能量进入到 EUT 内部 ,从而使电路受到干扰 。此外 ,任何组件 , 例如 LCD 显示屏 ,应与金属壳体在多点进行搭接 。 当评估屏蔽壳体搭接的完整性时 ,铜箔或铝箔都是有用的故障诊断工具 。

　　4. 1.5 电缆搭接

　　由于完整的环形(例如 360°)搭接有助于阻止电缆的辐射 ,所以任何输入/输出(I/O)连接器或电源连接器的导电外壳都应与 EUT 的屏蔽壳体进行良好的搭接 。

　　4. 1.6 屏蔽

　　金属屏蔽体可作为高频电磁场的屏障 。大多数 EUT都有完全包围电路的金属壳体或具有金属镀层的塑料壳体 。基于此 ,确保 EUT壳体的所有部分很好地搭接在一起则是非常的重要 。 当需要将电缆穿过 EUT壳体时就需要注意 。 除非电缆连接器搭接到壳体 ,否则共模(噪声) 电流会沿着电缆导线或电缆屏蔽层的外层进行泄漏 。理想情况下连接器应与 EUT壳体进行 360°搭接 。这意味着涂层(例如油漆 、镀层等)都会影响搭接 ,连接器的一面良好搭接到机壳要比差的高阻抗 360°搭接更好 。

　　4. 1.7 滤波

　　设计良好的 EUT 中通常都会使用滤波器 。安装滤波器的 目的是阻止高频电流(其会产生 RE) 向后级流动或 阻 止 脉 冲 能 量 (例 如 ESD、电 源 线 瞬 态) 或 射 频 干 扰 进 入 电 路 。 壳 体 设 计 为 非 屏 蔽 的EUT应依靠滤波和良好的 PCB设计以符合 EMI要求 。通常使用下述方式 :

　　— 开关电源的输入和输出都宜进行滤波 ;

　　— 微控制器 IC 的复位引脚通常安装阻容(RC)滤波器 ;

　　—I/O数据线和电源线使用 RC滤波器或共模扼流圈 ;

　　—I/O 电缆上所夹的铁氧体可作为高频扼流圈 。

　　4. 1. 8 电缆布线和互连电缆

　　通常情况下 , 由于 :

　　—EUT 的外壳为非屏蔽的且电路和 PCB设计得不好 ;

　　— 电缆连接器穿过屏蔽壳体时搭接不正确(如图 3所示) 。

　　因此 ,在 EMI发射中 , 电缆很可能是首要的发射源 。

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　　图 3 电缆连接器穿过屏蔽壳体时产生 RE

　　注 : 穿过屏蔽壳体的电缆会使屏蔽无效 ,高频共模电流在屏蔽体的外侧产生辐射 。此外 ,壳体上的间隙或缝隙也能够作为辐射天线(例如产生发射)或接收天线(例如对 ESD敏感) 。

　　EUT设计时宜使互连电缆的数量最少 。此外 ,对于每一条信号和电源导线 ,都应有信号和电源返回导线 。

　　对于排线 ,应在信号导线和电源导线下面增加信号或壳体返回平面 ,并确保每个电路的返回导线的每一端与返回平面进行多点连接 。

　　确保互连电缆之间或与另外的能量源不会产生耦合(如图 4 所示) 。如果壳体为金属 ,则电缆最好紧贴金属机壳内侧进行布线以减小电缆周围的电场 。

　　图 4 互连电缆与能量源的耦合

　　4. 1.9 PCB级的设计及其 RE诊断

　　PCB级的设计考虑和 RE诊断见附录 A。

　　4.2 电磁干扰诊断过程

　　EMI的故障诊断过程通常由以下三个基本环节组成 。

　　a) 去掉元件 、分系统或 者 相 关 设 备 , 以 确 认 它 们 是 否 对 EMI问 题 产 生 影 响 。 例 如 , 对 于 RE 问题 ,宜尝试移走 EUT 的辅助设备以确认问题是出 自辅助设备还是 EUT。 由于电缆通常为辐射源 , 因此另一种好的诊断方法是移走所有不必要的电缆 。 如果 EUT 产生的发射仍超过限值 ,那么出问题的可能是屏蔽壳体或 PCB。

　　b) 特定频率的谐波发射通常是由多个骚扰源或辐射结构产生 ,其中某个骚扰源或辐射结构可能

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　　是主要的发射源 ,要比其他骚扰源或辐射结构的发射要强 。 当使用一种或多种解决办法 ,定位到主要的发射 源 时 才 能 看 到 发 射 的 减 小 。 通 常 最 佳 的 做 法 是 使 用 所 有 潜 在 的 解 决 办 法 使EUT合格 ,然后再逐一去掉所使用的解决办法 ,最后识别到底是哪些方法解决了问题 。

　　c) 先使用一切办法使 EUT合格 ,然后再进行简化 , 以确定成本最低的解决办法 。 由于有些潜在的 EMI解决办法成本过高或过于复杂 ,则不会使用 。

　　解决 EMI问题的关键是能够识别骚扰源 、潜在的耦合路径以及接收器或接收电路 。 图 5 给出了不同骚扰源和接收器的示例 。对于发射和抗扰度 , 四种耦合路径同样有效 。对于 RE,接收器通常为 EMC试验设施中使用的 EMI接收机或频谱分析仪 。EUT或系统产生的发射通常具有规定的限值 。在实际环境中 ,接收器是任何通信系统或其他设备 。

　　注 : 相同的耦合路径可用于发射模型或抗扰度模型 。

　　图 5 用于 EMI故障诊断的骚扰源—耦合路径—接收器模型

　　对于发射问题 ,可使用近场探头(磁场或电场)确定最大能量电平 。 常见的内部骚扰源有时钟振荡器 、大功率缓冲器 、模数(A/D)或数模(D/A)转换器 、ASIC、电源变压器 、开关器件或任何具有快速上升沿的高频数字信号(例如低速存储器或地址总线) 。也可以在单个电源和 I/O信号电缆上使用射频电流探头确定骚扰源 。对于 200 MHz以下的多数 RE 问题 , 电缆产生的 RE 问题要比设备外壳或内部电路直接产生的多 。

　　当工作频率为几十兆赫或几百兆赫时 ,如果确定在某个位置使用电容可解决问题 ,但焊接的电容具有长的(5 cm~ 8 cm)引线 ,引线的电感将会影响电容的性能 ,尤其在较高的频率 。在这些频率 ,宜使用引线长度最短的元件或 SMT元件 。另外一种情况是屏蔽电缆和外壳之间好的射频搭接 。 电缆屏蔽层或电路板和外壳之间连接的短导线(也称为 “软辫线 ”)在所考虑的谐波频率时很可能不具有足够低的阻抗 。为了使搭接更为有效 ,宜进行多次连接或者如果可能 ,使用短(例如 0. 6 cm) 宽的金属条(或多条导线)进行搭接 。发射问题的故障诊断见第 5 章 ~第 6章 。

　　对于抗扰度问题 ,骚扰源可为 ESD、附近的射频发射机或电源线瞬态(由雷击或电源线上的大负载产生) ;也可为产生噪声的设备 ,例如电源线上连接的电机或滤波不好的开关电源 。对 ESD或电源线瞬态进行监测 , 可将这些现象与出现的问题相联系并进行识别 。抗扰度问题的故障诊断见第 7 章 ~ 第11章 。

　　识别出了潜在的骚扰源 ,可用下面这些方式识别耦合路径 。

　　— 传导耦合 :通常情况下 ,如果路径为传导耦合路径 ,处理的是导线或电缆束上的时变(AC或射频)电流 ,这些电流可能没进行足够的滤波(或去耦) 。一种情况是这种电流先传输到远端的位置或负载 ,然后通过另外一条导线或电缆束返回到骚扰源 。另外一种情况是噪声源和受扰者

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　　之间具有公共的返回路径 。骚扰电流与环路的长度无关 , 因此 ,如果把骚扰源和接收器(或受扰电路)从物理上相隔开 ,干扰问题仍存在 ,那么这种问题通常就是传导耦合 。然而 ,辐射耦合也仍是有可能的 。

　　— 感性或容性耦合 :如果耦合是感性或容性的 ,增加骚扰源和接收器之间的物理距离则可显著减小骚扰对电路 的 影 响 。 例 如 , 骚 扰 源 为 电 源 变 压 器 , 宜 尝 试 着 把 变 压 器 连 接 在 延 长 的 导 线上 ,使其位于不同的方向或距离上 。如果骚扰源为开关电源的散热片 ,把散热片短时间的移走看是否解决了问题(如果移走散热片电源工作不安全 ,则使用附加的非导电但导热的垫子或隔离物以减小电容) 。散热片也会与附近的电缆产生容性耦合 ,监测干扰时宜尝试移动电缆 。感性耦合通常出现在电缆和 PCB 电路之间或者两条电缆之间 。使用隔离通常也能表明耦合机理是否为感性的 。

　　— 辐射耦合 ,主要是由 EUT 电缆或壳体上的缝隙产生的发射通过空间耦合(传播) 给 EMI接收天线 。增加 EUT 和 EMI天线之间的物理间隔通常并不能使谐波的幅值产生大的变化 。

　　5 RE 问题诊断

　　5. 1 概述

　　通常情况下 ,RE试验不合格的原因为电缆辐射或壳体上的缝隙 、孔径产生的泄漏 。下述检查清单可用于 EUT试验不合格后的问题诊断 。PCB级 RE诊断见附录 A。

　　5.2 RE检查清单

　　RE 由射频能量产生 ,而这种能量可由非常小的电流或电压形成 。 寄生能量和交叉耦合噪声是常见的问题 。任何金属物体都可能成为天线 ,尤其是电缆 , 因此考虑以下方面 。

　　— 通常 ,200 MHz以下的辐射能量由电缆作为辐射源 。在较低频率时 , 由于波长较长 , 因此导线或电缆能成为很好的天线 。

　　— 通常 ,200 MHz以上的辐射能量由壳体作为辐射源 。频率越高 ,辐射能量的更可能是设备的壳体 ,或者设备没有金属壳体或为开放式的框架时辐射能量往往来自内部电路板 。

　　— 确保所有屏蔽电缆在其两端实现低阻抗的搭接 。通常高频情况下应确保屏蔽层与壳体或连接器 360°环接 ,应注意低频情况下屏蔽层与壳体或连接器两端搭接可能会形成地环路 。 除非绝对需要 ,不应使用 “软辫线 ”进行搭接 。

　　— 如果使用 “软辫线 ”对屏蔽电缆进行搭接 ,应确保其尽可能短 。

　　— 应确保壳体金属片之间实现低阻抗(搭接电阻为 10 mΩ或更小)搭接 ,搭接处应没有能产生电阻的油漆或其他涂层 、油脂 、污垢 、腐蚀或氧化层 。

　　— 进/出设备的每条电缆都宜进行滤波 ,且滤波器应安装在邻近电缆进/出设备的位置 。对于金属外 壳 设 备 , 滤 波 器 的 金 属 外 壳 与 设 备 机 壳 地 应 有 良 好 的 低 阻 抗 搭 接 ; 对 于 非 金 属 外 壳 设备 ,滤波器的金属外壳与设备保护地应有良好的电气连接 ;对于板载滤波电路 ,滤波电路应布置于靠近 I/O引线的接口处 ,若内部连接引线使用非屏蔽线缆 ,其长度一般不超过 3 cm。

　　— 如果 80MHz以下存在垂直极化的发射 ,则宜尝试增大电源线与接地平面之间的距离 ,这将缩短 EUT通过接地平面到天线的耦合路径 。反之 , 宜尝试缩短电源线与接地平面之间的距离以确认发射是否增大 ,可确认该垂直极化的发射是否和电源线与接地平面之间的耦合相关 。

　　— 如果有与 EUT相连的辅助设备 ,应确认它们不是噪声源 。 如果可能 ,关掉辅助设备的电源 。如果不能关掉辅助设备的电源 ,则可以关掉 EUT 的电源 ,仅留下辅助设备工作 。如果发射信号仍存在 ,则噪声源可能为辅助设备而不是 EUT。

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　　5.3 不合格的典型原因

　　EUT未通过 RE试验的原因通常是由以下方面引起的 。

　　— 电缆 :I/O 电缆由于其屏蔽层与机架或壳体搭接不良 、缺少足够 的 滤 波 或 简 单 地 穿 过 屏 蔽 壳体 , 因此其通常会产生高频辐射 。 通常情况下 , 200 MHz 以下 RE试验不合格的原因为电缆辐射 , 电缆通常为 EUT 的最长部分 , 电缆的物理长度使其成为有效的发射天线(天线越长 ,发射效率越高) 。

　　— 金属机壳 :高频(通常大于 200 MHz)发射通常由 EUT 的金属机壳产生 。 高频时 ,I/O 电缆通常为感性 ,对于流动的射频电流 ,其阻抗要比机壳的阻抗大 , 因此 ,机壳上的射频电流通常更易产生辐射 。一种例外情况是 EUT为大型设备 ,例如 ,一台 2. 1 m 高的金属壳体 , 当其位于接地平面上时 ,在 30 MHz~40 MHz可能存在四分之一波长的谐振 。

　　— 机壳缝隙 :EUT 内部电路板能在机壳的内表面上产生电流 。这些高频电流可从缝隙或间隙泄漏出去 ,在 EUT机壳或壳体外部的附近流动 , 因此 , 整个壳体变成了发射天线 。 一种例外情况是电流被耦合到机壳上的点非常接近于骚扰源时 ,它们中的大部分能返回到骚扰源 ,这就是在电路板上或电路板的参考返回平面上使用旁路电容抑制 RE 的原因 。

　　当 EUT壳体的高频电流流经缝隙时 ,该缝隙会对高频电流呈现阻抗(例如几毫欧) ,从而在缝隙间产生电势差 ,该电势差产生电场 RE。水平缝隙从其顶部到底部具有电压梯度或矢量 ,能产生垂直极化的电场 ;垂直缝隙主要产生水平极化的电场 。一种好的故障诊断技术是通过电场(假设使用的是电场天线)的主极化 ,然后确定这种电场是否由垂直或水平搭接不良的缝隙产生 。

　　如果 EUT包括显示屏 ,则显示屏跟机壳之间的安装缝隙易出现泄漏 。其他的泄漏区域包括通风口 、插入式板卡或金属连接器(典型个人计算机机壳上所用的)与机箱挡板之间的空隙 。

　　5.4 RE 故障诊断

　　5.4. 1 在实验室进行的 RE 故障诊断

　　在实验室进行 RE故障诊断 ,宜考虑以下三个方面 。

　　— 诊断过程中宜能看到频谱分析仪的显示屏 , 同时确保观察到的发射不是来 自于调频(FM) 广播 、蜂窝电话等产生的环境信号 。可能需要关掉 EUT 电源以确认是否为环境信号 。

　　— 诊断过程中人员进入 电 波 暗 室 会 影 响 EUT 的 RE 测 量 结 果 。 发 射 电 平 可 能 会 与 进 入 前 不同 , 同时 EUT最大发射位置的角度也会发生变化 。 EUT 及其电缆发生轻微的移动 , 最大发射位置的角度也可能会发生变化 。 因此 ,在诊断过程中 ,EUT 的 RE 电平若有降低时 ,要意识到其可能是最大发射的角度或位置发生了移动引起的 。

　　— 避免人员站在测量天线和 EUT之间(见图 6) 。

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　　图 6 RE 故障诊断时试验人员站立的位置(俯视图)

　　注 1: RE故障诊断过程中通常要移去 EUT 的壳体以及 移 动 内 部 导 线 、电 缆 或 其 他 组 件 ,在 移 动 EUT 内 部 组 件 时注意预防 ,避免高压触电 。

　　RE故障诊断程序如下 。

　　a) 电缆排查 。

　　— 通过抓住(如果这样做安全)和松开电缆 ,能快速识别电缆是否为辐射体 。这样做时 ,宜尽可能减小移动 , 因为电缆会与电波暗室和人员所站的区域发生谐振或失谐 。也可通过使用一根非导电棍挑起电缆 ,人员站立的位置到 EUT要有一定的距离 , 由于不与电缆相接触 , 因此 ,减小了人员对电缆辐射场的影响 。测量结果的任何变化仅来自于电缆的移动 。

　　— 与 EUT相连的 I/O 电 缆 , 每 次 可 尝 试 仅 断 开 这 些 电 缆 中 的 一 根 , 其 余 电 缆 仍 保 持 连接 ,直到所有的电缆都被断开 ,这有助于识别是哪根电缆产生了辐射 。

　　— 使用非导电的钩针 ,每次从电缆束中拉出单根导线 , 可用手指接触这些导线(如果这样做安全) ,触摸和松开导线以确认它们是否敏感以及 RE 电平是否发生了改变 。

　　— 测量导线或电缆屏蔽层上流动的共模电流 ,是识别辐射电缆的最佳方法之 一 。 通过用电流探头就近钳住 EUT 的 导 线 , 用 频 谱 分 析 仪 测 量 导 线 中 的 射 频 电 流 , 这 种 射 频 电 流 与RE有很强的相关性 。实际上 ,对于电短电缆(小于 1/4波长) ,能预测其产生的电场(单位为 V/m) ,这种电场可与标准限值进行比较 。

　　— 使用近场探头测量导线产生的电场或磁场也是识别辐射电缆的最佳方式之一 。通过用近场探 头 沿 着 线 缆 移 动 , 注 意 变 化 探 头 的 方 向以 获 得 最 大 测 量 值 , 这 种 电 场 或 磁 场 与EUT 的 RE有很强的相关性 。

　　注 2: 当使用前置放大器时 ,避免近场探头非绝缘部位与高压部件相接触 。

　　b) 壳体排查 。

　　— 如果认为不是电缆产生的问题 ,在安全的前提下可将手放置在设备的壳体或外壳上 。 如果可能 ,可按压或挤压机箱以确保设备金属壳体之间接触或断开 。在这种情况下 ,RE 电平可能会突然抬高或降低 ,这表明机箱的某些部位断开了或得到了良好接触 。若为这种情况 ,检查金属表面之间的涂层或喷涂物 。

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　　c) 辅助设备排查 。

　　— 排查辅助设备是否为 辐 射 源 时 , 在 不 影 响 EUT 主 要 功 能 的 前 提 下 , 可 断 开 辅 助 设 备 电源 。若无法断开辅助设备电源 ,则可断开 EUT 电源仅留下辅助设备工作 ,如果 RE仍存在 ,则辅助设备可能是辐射源 。辅助设备位于电波暗室外也适用 。

　　— 进出电波暗室的电缆可能包含大量的射频能量 ,这些能量在电波暗室内重新进行传播 ,应确保这些电缆进行了有效滤波 、屏蔽或使用某些方式进行了处理以 避 免 产 生 辐 射 问 题 。有时在较 长 的 辅 助 电 缆 上 串 一 些 铁 氧 体 磁 环 能 有 效 减 小 其 对 EUT 的 影 响 。 如 果EUT或辅助设备不能断开电源 ,可尝试通过改变负载 、运行状态 、数据率或其他功能 ,再观察 RE 电平的变化 。

　　d) 整体排查 。

　　— 可考虑使用一对长的铝编织针(也可使用万用表的表笔或焊接在导线上的连接器插针) ,使用绝缘胶带(例如电工胶带)包裹其中一根的绝大部分 ,通过使用编织针的导电端接触连接器、连接器的插针、电路板、机箱和机壳部件(但一定注意连接器插针的短路等) ,观察发射电平的增加或减小 ,可识别出敏感区域 ,在这些区域应仔细进行排查 。 当导线连接到敏感区域时 ,其能与测量天线的极化处于相同的方向 , 因此这样的方式易于使用 。

　　— 对于小型和中型设备 ,可使用铜箔或铝箔包裹整个设备 。 由于覆盖的区域很大 ,不宜使用铜胶带或铝胶带 。 当用导电胶带一层一层包裹设备时 ,胶带粘贴部位的阻抗能显著减小屏蔽层的屏蔽效能 。铝箔不像导电胶带 ,其不会受到阻抗的 影 响 , 包 裹 设 备 时 铝 箔 应 叠加 , 以覆盖铝箔之间的缝隙 。如果可能 ,铝箔应与所有连接器和电缆的屏蔽层进行搭接 。为了确保这种搭接 ,在连接器的周围要使用扎带或束线带 。如果设备还继续产生辐射 ,则可把包裹了铝箔的设备放置在导电接地平面(即地板 ,如果其作为接地平面) 上 。如果设备仍继续辐射 ,则电缆很可能仍还存在问题 。如果使用这种方式解决了 RE 问题 ,则机壳可能是辐射不合格的原因 。慢慢地剥离认为很可能没有问题的区域(例如没有显示屏或连接器的实体 面 板) 上 的 铝 箔 , 最 后 再 移 去 连 接 器 和 显 示 屏 上 的 铝 箔 。 每 剥 离 一 些 铝箔 ,宜进行核查以确认发射电平是否返回到之前的测量值或仍保持低值 。进行这种故障诊断时宜同时观察频谱分析仪上频谱曲线的变化 。

　　5.4.2 在自有设施中进行的 RE 故障诊断

　　5.4.2. 1 概述

　　为了确保较低的电磁环境电平 ,故障诊断场所宜选择屏蔽室或地下室 。

　　把 EUT放置在桌子或工作台的一端 ,另外一端放置测量天线 ,距离 EUT 1 m 远 。 为了更清楚地观察谐波发射 ,可将天线移得更近 。测量天线在所关注的频段内宜发生谐振 。

　　把频谱分析仪与测量天线相连 ,将其调节到所关注的一个谐波或多个谐波频率上 。宜在试验布置条件下建立测量结果的基准线 ,通过对比 , 可知道是否改善了 RE。 如果频谱分析仪有这种基准线 , 可把显示线设置到最大谐波值上 。如果同时评估好几个谐波 ,也可把基准线都保存在屏幕上 ,在故障诊断过程中与之比较 。这可作为参考以帮助判断使用的解决办法是否有用 。

　　如果测量距离为 1 m ,使用调整后的如图 7 所示的 RE 限 值 , 这 样 可 粗 略 评 估 发 射 电 平 是 否 符 合3 m 或 10 m 的发射限值要求 。

　　注 1: 由于被测的频率可能位于近场 ,测量结果仅是粗略估计 。经验表明在测量距离 3 m 对应的限值的基础上增加6 dB通常更为准确 。

　　注 2: 根据经验 , 当对特定谐波进行故障诊断时 ,测量距离 1 m 时发射电平 10 dB 的减小并不 意 味 着 测 量 距 离 3 m或 10 m 时也减小 10 dB。这种现象的主要原因是近场和远场效应 。这种效应使得场强与测量距离之间并不是线性的反比关系 。其次 ,认为 2 dB~ 3 dB的减小是显著的改善 ,但此数值可能小于测量误差或者可能小于人员位置或设备和电缆位置的变化引起的测量结果的变化 ,这些因素都会影响天线或 EUT 的辐射波瓣图 。

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　　图 7 测量距离 3 m 转换为测量距离 1 m 的 RE 限值(即加上 6 dB 的修正因子)

　　排查由电缆发射还是由外壳发射产生的(或两者的组合) ,可以使用近场扫描或电流探头 。使用电流探头钳住 EUT 电缆 ,每次钳住一根 ,沿着电缆向两个方向分别慢慢地滑动探头得到最大读数以识别最强的发射源 。通常情况下 , 电缆上 200 MHz以下的共模电流与 RE 问题直接相关 。

　　也可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 ,如果泄漏缝隙被限定在较短的长度 ,则其可能对总的发射结果影响不大 。若泄漏缝隙的长度接近十分之一波长或更长(例如 ,半波长的泄漏缝隙可作为有效天线) ,则这种缝隙可用铜胶带进行处理 。

　　宜尝试移走不需要的 I/O 电缆以确认是否是其导致的 RE超标 。 宜尝试在电缆上夹套铁氧体磁环 。但一定要规定铁氧体磁环的材料 ,确保其能衰减电缆上的共模电流以减小所产生的磁场 。

　　如果得到所测电缆中的谐波电流值 ,则可使用此电流值估算某一距离(通常为 3 m 或 10 m)处的电场 。使用电流探头测量电流 ,然后估算符合性试验中所用的典型测量距离处的电场 。 电流探头的传输阻抗是随频率变化的 ,应确保在所测频率上使用正确的传输阻抗 。

　　注 3: 当诊断特定的谐波时 ,根据标准要求周期性地扫描整个频段的频谱 。很多情况下 ,一种潜在的解决办法虽可减小一个频段内的谐波能量 ,但会将谐波能量移到上一个或下一个不同的频段 ,这通常称为 “气球效应 ”(一个频点的谐波值减小 ,而另外一个频点的谐波值增加) 。这种现象通常由电缆或其他金属结构中的谐振效应产生 。

　　5.4.2.2 时钟振荡器

　　产生窄带谐波的骚扰源有晶振或时钟振荡器 、内部 PLL 时钟上变频器 、快速时钟信号或其他产生快速(ps或 ns)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只有奇次谐波(例如 ,3 次 、5 次 、7 次等) 。 然而 , 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 , 因此会出现偶次谐波 。通常情况下,偶次谐波的幅值要小于奇次谐波 。与 50%理想占空比的偏差小于 1%时产生的偶次谐波和奇次谐波是相等的 。

　　通常不同时钟源的两个或多个谐波会落在相同的频率上 。虽对某一个时钟使用了解决办法 ,但谐波的幅值可能并没有明显改善 。

　　示例:假设 1#谐波的值为 50 dBμV/m ,2# 谐 波 的 值 为 34 dBμV/m (注 意 这 两 者 都 超 过 了 30 dBμV/m 的 B 级 限值) 。如果它们同相 ,两个矢量叠加得到的值为 50. 9 dBμV/m。若 2#谐 波 得 到 了 抑 制(使 用 一 种 解 决 办 法) ,则 与 之 前的谐波值相比并没有太大的变化(最多为 0. 9 dBμV/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 。

　　5.4.2.3 发射的识别

　　若发现 EUT 的结构(电缆 、缝隙或其他孔径)作为辐射天线 ,则要保持 EUT正常运行 ,尽力确定驱

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