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          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析

          我們是做汽車電子產品的,此次分享的這個案例是針對車廠EMC CISPR25 CLASS3基準而進行整改的案例。
          我們根據車廠要去在進行EMC輻射實驗的時候,當做到了VHF頻段(142-175Mz)的時候,發現了144MHz這個頻點超出限值的要求。
          144MHz?限值要求:27dB以下??實測數值:30.07dB ?超出限值?3.07dB
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          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
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          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
          圖1
          ??????圖1所示為我公司產品的外部接續圖,分別外掛了電源線/USB線/GPS Radio線/倒車影像線/MIC線束,由于VHF頻段(142-175Mz)的輻射頻段范圍屬于1G以下,根據CISPR 25的要求這個頻段的測試,天線應該是對準harness延長線束的,所以我們第一步想到noise的來源可能是通過線束傳導后對外輻射出的,為了找到噪音源我們將相關線束以連接與非連接的方法進行排除測試,來判斷noise的來源。
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          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析圖2
          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
          ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖3
          (MIC線束非連接狀態下的測試結果)
          根據圖3的檢證結果,我們可以得出MIC線束非連接狀態的時候是有很大改善的,和限值相比較的話,有很大的富裕量。我們推測noise有可能是通過MIC線束輻射出來的,后續根據MIC連接器以及所涉及到回路,我們繼續進行深入的調查。
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          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
          ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖4?
          ???圖4所示為MIC回路的block圖,根據圖1最初的測試結果來看,這種有規律的noise的發生,我們嘗試首先從MIC檢知控制信號入手分析,是否此信號的基板走線和其他的信號重疊或者交叉導致串擾的發生,進而導致了nosie的發生。
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          ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ?
          ? ? ? ??圖5為我們的PCB基板示意圖,用紅色粗線描繪出了MIC檢知信號從連接器端口進入到主芯片的路徑,在這段路徑上我們發現MIC檢知信號與I2S的通信信號有一段是在基板內層平行交叉的,根據通常的設計經驗來看,兩組信號走線的時候需要避免交叉的,即使平行走線的話也需要確保有0.5mm的距離間隔,上述走線并沒有遵循這個基準。
          我們知道在基板走線密度很高時串擾的影響尤其嚴重。線性無源系統滿足疊加定理,如果受害線上有信號的傳輸,串擾引起的噪聲會疊加在受害線上的信號,從而使其信號產生畸變。串擾形成的根源在于耦合。在多導體系統中,導體間通過電場和磁場發生耦合。這種耦合會把信號的一部分能量傳遞到鄰近的導體上,從而形成噪聲。本次不良我們認為可能是發生了容性耦合,走線之間的電容與走線之間的間距密切相關,當間距減小(甚至重合的時候),耦合電容迅速增大,進而耦合作用急劇增加,
          為了驗證這個噪音是否是由于平行交叉走線造成的串擾,我們使用頻譜分析儀對圖5的三個位置進行了測試,根據測試結果很好的驗證了我們的推測,沒有與I2S交叉的地方144MHz noise的輻射數值很低(5dB左右),交叉位置以及交叉后的走線位置144?MHz的輻射量分別達到了(30dB和20dB左右),
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          ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖6
          如圖6所示,噪音源的來源有可能是主芯片周邊的晶振工作時候所產生的倍頻導致的。由于產品已經到了小規模量產的階段,很多的認證實驗以及信賴性實驗也都進行完了,這個階段如果改動基板走線的話,成本相對會很高,我們想嘗試著看看可否在連接器附近追加電容把這個噪音源濾除掉,于是我們進行了仿真實驗。
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          ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖7
          如圖7所示,我們在連接器側,之前基板上有個預留的未實裝的電容位置上追加了100pF的貼片電容,從仿真效果來看有了20dB的改善,我們進一步又通過頻譜分析儀進行了再次確認,實測結果來看有了18dB的改善效果。
          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
          ? ? ? ? ? ?100p追加前?? ? ??
          VHF頻段的EMC輻射限值超標的對策解析
          ? ??100p追加后
          ???????作為副作用檢證我們又對通信波形進行了測試,滿足規格值要求,同時變更前后沒有劣化。顧客拿到樣機后,針對CISPR 25又重新進行了測試,從反饋的結果來看,VHF這個頻段144MHz noise的問題得到了解決(6dB以上余量確保)。

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