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产品辐射发射超标原因分析分享

电磁兼容之家2018-10-10 17:17:26

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电源地平面分割不合理

在测试的时候,电源地的分割问题也是最容易出问题的地方之一。电源地平面地分割问题是PCB EMC设计中存在地老问题,不同的工程师有不同的看法,甚至到现在也没有达成统一。目前存在两种意见:

观点一: 隔离信号地系统

单板的GND是个独立的系统,不和PGND发生联系,与设备内部形成闭环系统,只通过DC/DC与外部相连。板上地PGND是结构在背板、单板上的延伸,用于屏蔽、防护器件的能量泄放、防静电。BGND-48的回流线,出于安全考虑,BGND要和结构外壳连接,单点连接即可,通常在电源单元进设备的入口处,或者设备的供电柜上作BGNDPGND短接。

GND作为数字信号的回流地,主要是同低压电源发生能量传递关系,其绝对电位并不会影响工作状态,重要的是与电源之间产生稳定的电位差给器件工作。因而出于担心GND上面存在干扰电平或者绝对电位与机壳不一致而将其连接起来的做法理由并不充分。业内现阶段流行GND与机架连接的目的是遏制GND上的高频噪声。

GND和相应的电源作为一个隔离的系统,不会产生静电积累问题。静电积累是有前提条件,首先要有物质之间的相互摩擦;其次这种摩擦能够导致大量的电荷转移;第三,能够引起静电积累材料的往往都是绝缘的非金属,因为这些物质自身不能同空气发生缓慢的放电过程,金属和其它导电物质具备向空气缓慢放电地特质,因此它们不易产生静电积累。只要将GND完全隔离,避免使其和外界发生摩擦,就没有必要给GND接电阻到结构以泄放静电电荷。    

经典案例—— 48V电源地受信号地耦合造成干扰

某基带框在RE测试时发现在频点32.76MHZ处辐射较高,准峰值为53.8dB超过CLASS A限值近4dB,结果如下图所示:



在定位过程中发现,主控板不插在槽位的时候辐射就消失,只要主控板一插上无论其它单板如何配置,该点得辐射均存在。过程中还发现在电源线上串上磁环,该点的辐射也消失。

为了确定辐射源的耦合途径,首先对背板和主控板的PCB进行了详细的审查,发现

1cellbus时钟走线是采用两端匹配的方式,通过上拉电阻匹配到VTT层,原理图如下:

2VTT-48V-48V_GND的电源平面有大面积的重合。

 

如果VTT滤波电容选择不合理,可能会把干扰传入VTT层,而VTT层与-48V电源层在主控板上有大面积的重合,-48V电源层很有可能被耦合到干扰。

最后经过定位确认正是VTT电源层受到CELLBUS的影响后,对-48V电源层耦合,然后通过电源线对外辐射造成超标。  

其它辐射超标的原因

辐射发射测试通不过的时候,很多测试人员喜欢从PCB上分析超标的原因。除了PCB布局、布线外,PCB上的一些电路设计对于辐射发射也会起到决定性的作用。

1  这种电路首推时钟线匹配电路。时钟信号的上升沿是决定对外辐射的一个重要因素,而匹配电路直接能够决定时钟的信号质量。譬如对于始端匹配的时钟电路,始端串连的电阻选择不当或者较小可能会造成时钟线上干扰较大。

去耦电路。电源管脚上面的去耦电路也是影响RE的一个重要因素。

其它不合理的电路。

经典案例—— PGNDGND跨接电容造成辐射超标

数通某产品在RE测试时,165MHz不满足Class A裕量要求,测试结果如下:

 

查看单板布局,发现地分割处布局如下图:

 


由于单板的总线频率为33MHz165MHz恰为33MHz5倍频,分析干扰可能是从GND耦合到PGND,通过网线驱动,从而导致辐射超标。从上图可以看到跨接电容不是两个管脚直接跨接在PGNDGND之间,而是从GND引线到PGND,然后再接跨接电容,因此怀疑是这段走线将干扰耦合到了PGND,使跨接电容没有起到作用。将该走线刮断,重新测试,测试结果如下:

165Mhz频点基本消失,为了确认电容跨接在地分割上,是否和割断有同样的效果,把电容跨接在地分割上重新测试,发现结果是仍然超标。

这个案例说明,GNDPGND之间的电容连接有时候会导致GND上面的干扰耦合到PGND上面去,在PGND上面造成干扰,然后通过电缆辐射出去,导致辐射超标。


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