EMI测试整改和方法总结1

　实例 水平与垂直读值的差异

　EMI 辐射测试整改和方法总结 一.文章写得不错，值得推荐，这本书 《 EMC 电磁兼容设 计与测试案例分析》（第 2 版）也不错可以看看， 呵呵 关于电磁干扰的对策，许多刚接触的工程师往往面临一个问题， 虽然看 了不 少对 策的 书 籍，但 是却 不知 要用 书中 的那 些方 法来 解 决产 品 的 EMI 问 题 。这 是 一 个 很 实 际 的 问 题 ，看 别 人 修 改 似 乎 没 什 么 困 难 ， 对策加了噪声便能适当的降低，而 自己修改时下了一大 堆对策，找 了 一大堆的问题点，却总不能有效地降低噪声。

　事实上，这往往也是 EMI 修改最耗时间的地方，笔者把一些基本 的判断方法做详细的介绍，以提供刚入门或正面临 EMI 困扰问题的读 者参考， 整理了一些原则与判断技巧， 希望能够对读者有帮助。

　二. 水 平、 垂 直判断 技 巧 EMI 的 测 试接 收天 线分 为水 平与 垂 直二 个极 化， 亦即要分别测 试 记录此二个天线方向的最大读值，噪声必须要在天线为水平及垂直测 量时皆能符合规格，测量天线要测量量水平及垂直二个方向，除了要 记录到噪声最大时的读值外，也能显示出噪声的特性，由这个特性的 显示，我们可初步判断造成 EMI 问题的重点，对于细部的诊断是很有 帮助的，通常这个方法是很容易为修改对策人员所忽略。在本期的分 析中，笔者要介绍几种 EMI 的判图技巧，也就是如何从静态的频谱分 析仪所得到的 噪声频谱图做初步的分析，另外也会介绍一般对策修改人员最常用的 一些动态分析技巧。

　许多工程师常常花了许多时间与精神， 却感觉无法掌握到重点， 可能就是缺乏基本分析的技巧，在噪声的判断上有一些混淆，如果能 够掌握一些分析方法，可以节省不少对策的时间。这里所提的一些方 法，一直被不少资深的 EMI 工程师视为秘诀，因为其中往往是累积了 多年的心得与经验才体悟出来的方法，而这些方法通常都是非常有效 的。

　射天线 接收天线

　 1. 这是 Modem &Telepho ne 的产品，读者可以很明显地看出来， 天线水平时的噪声和垂直时的噪声有很大的差异，那么这其中 代表了什么意义呢？ 分析讨论 要清楚的认识这个问题，首先必须要了解天线的基本理论，我们 先假设发射与接收天线皆为偶极天线。

　上图为当发射天线与接收天线同方向时，由于所产生的电磁波极化相 同，故此时接收天线可得到最大的共振接收强度说明：

　发射天线 接收天线

　 当发射天线与接收天线不同方向时，则由于发射天线的电磁波为水平 极化，而接收 天线的电磁波为垂直极化，故在共振接收的强度上最小。

　以上述这个观念来分析水平与垂直噪声的强度差异，当接收天线 为水平时噪声强度较高，可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的 水平线所造成，而当接收天线为垂直时噪声强度较高，可以推测此噪 声来源主要是由产品内或外的垂直线所造 成，也就是从天线共振的角度去思考问题，把产品的辐射源也想象成 一假想的天线，那么在相同方向其所造成的共振效应会最大。

　以这个观点来看问题有时往往很快能找到问题的重点，尤其是一 些比较复杂的产品其内部及外部皆有许多导线、连接线的产品，如果 能先以水平、垂直的读值做初步的分析，则比较不容易误判造成噪声 的机制。

　实例二 水平与垂直读值的差异

　差异: 1. 图 3 是接收天线为水平极化方向 2. 图 4 是接收天线为垂直极化方向 说明：

　1.此为 CCD 勺产品，这两张图不同于实例四是垂直噪声的读值明显比 水平噪声高。

　分析讨论 关于水平与垂直噪声的判断，笔者在此再做更详细的说明，水平 噪声较高，一般必须注意在待测桌上水平部份较长的线以及产品内部 水平部份的线，而垂直噪声如果是比水平噪声高，那么就必须考虑在 垂直方向的线，是否造成辐射的问题，而通常最容易被忽略的就是 AC 电源线，因为 AC 电源线一般皆沿桌面下垂，所以当 AC 电源线被耦 合到噪声，则会使得天线在垂直方向噪声增大，但是因为 AC 电源线 无法拔掉来判断噪声是否存在，所以不容易很快判断。

　 在此介绍二种方法以供读者使用，对于低频的噪声 （ 小于 200MHz ）

　可以用数个 Core 夹上，看噪声是否降低，如果噪声降低则表示噪声是 由电源线所辐射出来，对于高频的噪声 （ 大于 200MHz ）则可将电源线 位置改变或左右摇动，看噪声是否有变大或变小，如果噪声会随线的 位置而改变，那么便表示噪声是由电源线所辐射出来。

　另外由于产品所造成的噪声频率点往往不只一点，而各点可能由 不同的辐射机制所造成，所以可以针对单一点的噪声将频谱分析仪的频宽 展开，然后天线转成水平及垂直来比较， 这个方法看似简单，但对于比较复杂的 系统与产品，其内部及外部连接了许多排线，通常可以有效地锁定问题的范围。

　笔者亦曾经处理过一件拖延甚久的案子，由于其在 OPEN SITE 测 试时，垂直读值明显高过水平读值 10dB 以上，且当人一靠近机器噪声 亦明显降低，针对这两个现象来思考，结果发现有一短的垂直电缆线 连接上下机体造成，当问题找到确定后，再做适当的对策将是非常有 效。

　也许读者会问，水平和垂直噪声的读值一样高则如何来判断，若 碰到这种情形，通常表示噪声源非常强，故内部的各种导线很容易受 到耦合，例如使用某些噪声较强的 IC 或 CPU，这时因为噪声能量较大， 往往要从电路板内部与组件的 Lay -out、Placement 及 Ground 来下手， 当然对策方法不止一种，诊断的方法也不只一种，可以用其它方法再 仔细的分析问题。为使读者能够由实例中了解，笔者亦选取下列数例 以帮助读者更了解及运用。

　电源线的判断 图(a) 图（

　图（a）为 Desktop PC 的噪声辐射结果，而图 （ b）则为在 AC Power 电 源线加上数个 Core 电源线的判断 图 （ d）

　图（c）为 Desktop PC 在 300-500MHZ 的噪声辐射结果，而图（d）则为改变 AC Power 电源线的形状，结果噪声有明显的差异 单点噪声的判断 图 ⑹

　图 （ f）3

　 J

　 1 — IIjj Ldj.

　*

　细

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　 i

　t

　图（SI(P L.MOO Gtn

　 图 （ e）为将频谱分析仪的 Span 降低，单独看 172MHz 的噪声，此时天 线为水平的方向，而图⑴ 则为同一角度，将天线转成垂直来看，比 较二者的差异便可以知道主要为水平线辐射所造。

　三•最大角度判断技巧 在 EMI 测试时，除了天线要测试水平与垂直二个极化方向外，待 测物的桌子并且要旋转 360 度，记录最大的噪声读值，因此当发现噪 声无法符合时，除了先判断水平和垂直噪声的差异外，便是要将待测 物旋转到最大的噪声位置，由于电子产品其噪声的辐射往往会在某一 个角度最大，而此时待测物面向天线的位置，往往是造成辐射的来源， 通常要分析这位置附近的组件、导线及屏蔽效果，如此则较容易锁定 范围，再仔细分析问题。

　实例三 最大角度的判断

　差异：

　1. 图 5 是待测物正面对向接收天线 2. 图 6 是待测物侧面对向接收天线图 5 图 6

　 说明：

　1. 这两张图是待测物面对接收天线不同的角度，由于角度的不同，很 明显地噪声的强度也有很大的差别。

　分析讨论 比较上两图，由于待测物面对天线的位置不同，则噪声强度明显 的不同，这也说明了噪声源是在产品的某一部份，亦即靠近天线最大 时的位置部份必须仔细分析诊断。

　这个判断方法也是如前一样，可能会遇到不管桌子是转在那一个角 度，噪声强度皆是一样高，如果碰到这种产品，一般而言是较难处理 的，因为待测物的每一个方向噪声皆一样强，表示此噪声源已将机器 内的每一部份皆感染，处理这一类机器的 EMI 问题，通常要花一些时 间，有时则要使用金属弹片、铜箔或喷导电漆来抑制噪声。

　最大角度的判断

　图 （ g ）

　图 （ h）

　图 （ g）为将 PC 待测物转到最大角度，而图 （ h）则为用手按前面喷导电漆 的塑料壳，结果噪声明显降低，故表示要加强导电漆与金属铁壳的密 合导通效果。

　 最大角度的判断

　图(i)为将将 PG 寺测物转到最大角度，而图(j)则为用铜箔贴在面对天 线的 PC 前缘外壳上，结果噪声明显降低，故表示要加强该处的屏蔽密 合效果 四. Com mon mode 与 Differe ntial mode 的判 断技巧 关于 Com mon mode 和 Differe ntial mode 的分析，相信只要接触过电 磁干扰理论的读者都略知一二，许多书中也强调 Common mode 和 Differential mode 的重要，并有详尽的图解说明其分别造成的机制， 有的文章甚且长篇大论分析了一大堆理论，看了之后 对 Common mode 和 Differential mode 是了解许多，但是对于如 何应用 与判断，可能还是有雾里看花，摸不着头绪的感觉。这主要的原因便 是缺少实际测试图形的配合分析，因此笔者将重点放在实际应用分析 来说明 Common mode 和 Differential mode 。图(i) 图(j) STOP

　 实例四 共模与异模的判断

　 差异：

　1. 图 7 是含有共模和异模噪声的 CC 产品 2. 图 8 是待测物电源关闭后的背景噪声。

　说明：

　1.这两张图是比较共模和异模的判断 分析讨论 图 7 是一般测试时最常见到的噪声频谱图形，在此我们做一详细 的分析。首先看整个频带的基线 ( Base line )，其特性为一宽带的噪声， 比较图 8 为机器关机时频谱分析仪的图形，愈高频基线愈高是因加了

　STAHT 3Q.D Ktt W 300.0 *0 图 8

　 天线因子 ( Antenna Factor )的原因，亦即高于图 8 基线的整个宽带噪 声，我们可以视为 Common mode 的噪声，而其上一支支单独的噪声 可 以视为Differential mode 噪声。将噪声分布情 形分成 Com mon mode 和 Differential mode 的作用为何，主要便是要判断其分别造成的辐射 来源机制，如此帮助找到问题点及对策的方法。

　造成 Common mode 的原因主要是接地(Grou nd)与屏蔽 (Shield )，也就是当发现 Common mode 的噪声非常高时，则要先考 虑产品内的接地与屏蔽的问题。而造成 Differe ntial mode 的原因则 主要是线的问题，包括电路板上的 trace 线、产品内部的各种导线及外 部的连接线，故要从各各在线来找出问题，能够从这两个方面先把问 题厘清，对于深入细部的修改是很有帮助的。

　为使读者能更清楚认识与运用这个观念，笔者再以下例详细说明

　 实例五 共模 的分析 图 9

　 差异：

　1. 图 9 是一次侧接地和二次侧的地连接在一起。

　2. 图 10 是将一次侧接地和二次侧的地分开。

　说明：

　1. 此为切换式电源供应器的产品，这两张图是说明不同接地方式所造成的影响。

　实例六 异模的分析

　差异：

　1. 图 11 是传真机接上电话线。

　2. 图 12 是传真机的电话线取下 说明：

　图 11 NK 1 if 凤霸 START K.O STOP 3004 毗 图 12

　 1.这两张图是说明因为外接线所造成异模辐射的效应。

　分析讨论 关于共模和异模的分析，在实际的产品噪声辐射中，往往是相互 混合的，有时无法单纯的将其分成共模和异模，这点在对策考虑时也 必须做多方的判断，以噪声能量的观点来看，当噪声能量大多分布在 Ground 上，则此时在频谱仪上则会看到 Broadband 的噪声明显升高， 若噪声能量大多分布在 Trace 上，则此时在频谱仪上会看到 Differential mode 的 Narrowband 噪声 会增加。

　但是在实际电路板上，噪声的能量是同时会分布在 Grou nd 和 Trace 上，所以当 Ground 的面积加大 （ R G 减小 ）

　或 Ground 的噪声减小 （ I N 减 小 ）

　，不仅 Com mon mode 的辐射可降低，同 时 Differe ntial mode 也会 随之降低，因为原先在 Trace 上噪声的能量一部份可被 Grou nd 所吸收， 而将 Trace 的路径减短或面积减小，则除了降低 Differential mode 的 噪声外，因为辐射的天线减小后，相对地 Ground 噪声藉 Trace 所辐射 的量自然也就比较小，因此这二者之间往往存在着相互转换的关系。

　对于这个观念必须能够清楚地了解与认识，这一点在电路板的 Layout 与对策上是非常重要的，也就是对噪声的防制要能够有整体的 认识，而非单独针对几个组件下对策。事实上，从许多的例子可以看 到，只是单纯在 Crystral 上加一些电阻、电容和电感 （ Bead），通常无 法有效地去抑制噪声噪声，下面这个例子即是实际在 Termi nal 产品上 针对 Oscillator 对策的电路图

　上述的范例在早期一直被一些对策人员视为秘籍，许多初学者看 到后总觉得如 Grou nd V

　N = I N R

　G V N 出 I A nt en na Trace N A” L T

　CAP 1

　1 BEAD dUf am BEAD vcc

　 获至宝，像上例为了抑制噪声，共使用了三个电容、四 个电感和一个电阻，工程可谓浩大，但是否表示就可以有效抑制噪声 的辐射，答案是否定的。

　这也是许多 R&D 工程师刚开始遇到 EMI 困扰时，总是信心满满认 为只要在适当的地方加上滤波对策即可，结果花了许多时间却一直不 能放弃噪声而感到困扰与挫折。这是因为没有对噪声的特性先做一评 估，又缺少 EMI 整体对策的观念，所以有时低频噪声抑制下来，结果 高频却又无法符合，或者 120MHz 噪声减低，但 160MHz噪声却又升高， 如此反反复覆是非常耗时的。

　五. Harm on ic 谐波的判 断技巧 大部份噪声测试的频谱图，皆可以看到如下之一支支等距的 噪声，这一支支等距的噪声亦即为噪声的谐波，通常可由其判断噪 声的来源。

　实例七 谐波的分析

　 差异：

　1.图 13 是使用 28MH 的 CC 产品，经过除频后为 2. 图 14 是使用 14MH 的无线麦克风的产品 说明：

　1.这两张图是介绍谐波分析的技巧，计算一支支等距噪声的频率差 分析讨论 计算每一支等距噪声差为 14MHz，此表示出有一个 14MHz 的 Clock 信号所造成，或者是经过除频后有 14MHz 的信号产生。由于在电路板 上往往会使用数个不同频率的 Crystal，以致有时无法判断是那一个 Crystal 所造成，利用这个方法有时可以很快的确定是那一个 Crystal 造成，然后再做对策，如此可省除逐一拆除 Crystal 判断，或者在电 路板上逐一割线判断的麻烦。

　六. 噪声点展开的判断技巧

　图 13 14MHz

　 除了使用谐波的观念来判断噪声的来源外，尚可将噪声点展 开来判断，也就是将频谱分析仪的 Span 减小，然后研究造成的机制＜ 实例八 噪声展开的分析

　差异：

　1.图 15 是 TV Gam 由 30-300MHZ 勺噪声辐射。

　2. 图 16 是将其中较高的噪声展开

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　 —

　1 WZ SMP 凰 1 諒加御■朋 I 即

　1 T ~ : r ▼ f h

　1

　 u r bi r

　 W K5 ZNTER 201.340557 HHz SPAN a.000 kHz 图 16

　 说明：

　1.这两张图是介绍噪声展开分析的技巧。

　分析讨论 由于造成辐射噪声的成因很多，而产品也可能有多种功能组件会 引起噪声干扰，通常频谱分析仪设定由 30MHz 测到 300MHz，如此可 以很快看出有那些噪声无法符合，但是因为频宽设定太大，故噪声几 乎都是一支一支的状态显现，如果我们将频谱的 Span 减小，此时便可 发现展开后的波形是不一样的。

　如上例中在 30MHz 到 300MHz 的图中是单支噪声，但是将 Span 降至 100KHz 时，可看出类似方波的波形上还载有另一种波形，透过这种 分析也可做为噪声来源的判断，为使读者能更加了解，下列为一些常 见到的波形 噪声展开之分析

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　 图 （ l）

　图（k）为 Clock 的信号，而图 （ I）则为 Video 的信号 噪声展开之分析 图（CENltn 33E 戟 SPM lM.t kH>

　图 （ m ）

　图 （ n）

　图（m）为马达控制的信号，而图 （ n）则为 Clock Generator 的信号 上述所介绍的分析技巧主要为静态的分析，也就是可以先将各种 噪声的特性与状况画出来，然后做一个初步的研究分析，这个方法所 得到的结论是偏向猜测性与预测性的，有时可能如所分析的结果然而 有时则可能和所分析的看法相距甚远。

　笔者要再次强调 EMI 的对策是有系统、有方法的，有些步骤看似 多余的，但是如此做可以避免事后的许多误判而钻入牛角尖，切忌直 接判断问题就蒙着头一直加对策，这样往往会多花许多时间与金钱。

　在此笔者为加强读者的印象，将重点整理如下 1.水平、垂直判断技巧 --- T 确认产品内外的水平或垂直部

　份辐射

　 2.最大角度判断技巧 ----确认产品那 部份辐射最强

　 3.共模与异模的判断技巧 ---—确认产品噪声辐射主要是接地 或在线造成

　4•谐波的判断技巧 ---—确认产品内主要辐射的 k Clock 源

　 5.噪声展开的判断技巧 ----确认噪声的特性与来源 这篇文章写得不错，看来以后很有启发，我是做 EMC 测试工作的，觉得写得符合

　实际，告诉我们做 EM 要有目的性，不要盲目的去加磁环，力卩 丫 电容，加屏蔽，要 先确定被干扰点或面，也或者输入输出在进行整改！

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