電磁干擾的觀念與防制﹐在國內已逐漸受到重視。雖然目前國內并無嚴格管制電子產品的電磁干擾（EMI）﹐但由于歐美各國多已實施電磁干擾的要求﹐加上數字產品的普遍使用﹐對電磁干擾的要求已是刻不容緩的事情。筆者由于啊作的關系﹐經常遇到許多產品已完成成品設計﹐因無法通過EMI測試﹐而使設計工程師花費許多時間和精力投入EMI的修改﹐由于屬于事后的補救﹐往往投入許多時間與金錢﹐甚而影響了產品上市的時機
正確的診斷
要解決產品上的EMI問題﹐若能在產品設計之初便加以考慮﹐則可以節省事后再投入許多時間與金錢。由于目前EMI Design-in的觀念并不是十分普遍﹐而且由于事先的規劃并不能保證其成品可以完全符合電磁干擾的測試在﹐所以如何正確的診斷EMI問題﹐對于設計工程師及EMI工程師是非常重要的。
事實上﹐我們如果把EMI當做一種疾病﹐當然平時的預防保養是很重要的﹐而一旦有疾病則正確的診斷﹐才能得到快速的痊愈﹐沒有正確的診斷﹐找不到病癥的源頭﹐往往事倍功半而拖延費時。故在EMI的問題上﹐常常看到一個EMI有問題的產品﹐由于未能找到造成EMI問題的關鍵﹐花了許多時間﹐下了許多對策﹐卻始終無法解決﹐其中亦不乏專業的EMI工程師。以往談到EMI往往強調對策方法﹐甚而視許多對策秘決或絕招﹐然而沒有正確的診斷﹐而在產品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結果往往只會使EMI情況更糟。
筆者起初接觸產品EMI對策修改時﹐會聽到資深EMI工程師說把所有EMI對策拿掉﹐就可以通過測試。初聽以為是句玩笑話﹐如今回想這是很寶貴的經驗談。而后亦聽到許多EMI工程師談到類似的經驗。本文中將舉出實際的例子﹐讓讀者更加了解EMI的對策觀念。
一般提到如何解決EMI問題﹐大多說是case by case，當然從對策上而言﹐每一個產品的特性及電路板布線（layout）情況不同﹐故無法用幾套方法而解決所有EMI的問題﹐但是長久以來﹐我們一直想要把處理EMI問題并做適當的對策﹐另外也提供專業的EMI工程師一種參考方法。在此我們把電磁干擾與對策的一些心得經驗整理﹐希望能對讀者有些幫助。
EMI初步診斷步驟
我們提出一套EMI診斷上的參考驟﹐希望用有系統的方式﹐快速的找出EMI的問題。我們并不準備探討一些理論計算或公式推演﹐將從實務上說明。
當一個產品無法通過EMI測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的EMI工程師﹐由于修改過許多相關產品﹐對于產品可能造成EMI問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下藥方﹐當然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐最后發現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次﹐甚而多次確認。這是因為造成EMI的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故反復的做確認及診斷是非常重要的。
我們將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐這些步驟看來似乎非常平凡簡單﹐不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實﹐許多資深EMI工程師在其對策處理時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成EMI問題的關鍵﹐才是解決EMI的最佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和精力。
■步驟一
將桌子轉到待測（EUT）最大發射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關掉EUT電源加以確認。
由于EMI測試上﹐EUT必須轉360度而天線由1m到4m變化﹐其目的是要記錄輻射最大的情況。同樣地﹐當我們發現無法通過測試時﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收最大高度﹐然后將桌子轉到最差角度﹐此時我們知道在EUT面對天線的這一面輻射最強﹐故可以初步推測可能的原因﹐如此處屏蔽不佳或靠近輻射源或有電線電纜經過等。
另外須注意的是要關掉EUT的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實是由EUT所產生。曾見測試Monitor一直無法解決某一點的干擾﹐結果其噪聲是由PC所造成而非Monitor的問題﹐亦有在OPEN SITE測試Monitor發現某幾點無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應是Monitor產生﹐結果關掉電源發現噪聲依然存在﹐所以關掉EUT電源的步驟是必須的﹐而且通常容易被忽略。
■步驟二
將連接EUT的周邊電纜逐一取下﹐看干擾的噪聲是否降低或消失。
若取下某一電纜而干擾的頻率減小或甚而消失﹐則可知此電纜已成為天線將機板內的噪聲輻射出來。事實上﹐仔細分析造成EMI的關鍵﹐我們可以用一個很簡單的模式來表示。
任何EMI的Source必須要有天線的存在﹐才能產生輻射的情形﹐若僅單獨存在噪聲源而沒有天線的條件﹐此輻射量是很小的﹐若將其連接到天線則由于天線效應便把能量輻射到空間。所以EMI的對策除了針對噪聲源（Source）做處理外﹐最重要的查破壞產生輻射的條件----天線。以往我們最常看到談EMI對策離不開屏蔽（Shielding），濾波（Filter），接地（Grounding）﹐對于接地往往一塊電路板多已固定﹐而無法再做處理﹐因為這一部份在電路板布線（Layout）時就須仔細考慮﹐若板子已完成則此時可變動的空間就非常小﹐一般方式僅能找出噪聲小的接地處用較粗的地線連接﹐減低共模（Common mode）噪聲。屏蔽所牽涉的材質與花費亦甚高﹐濾波的方式則是常可見Bead電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時候是我們沒有解決其輻射的天線效應。一般而言﹐噪聲的能量并不會因加一些對策組件便消失﹐也就是能量不減﹐ 我們所要做的工作是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測試）或由電源傳出（傳導測試）。
在此我們整理了產生輻射常見的幾種情形供讀者參考。
（1）機器外部連接之電纜成為輻射天線
由于機器本身外部所連接的電纜成為天線效應﹐將噪聲輻射到空間﹐此時噪聲的大小和電纜的長度有關﹐因電纜的天線效應相對于噪聲半波長時共振情形會最大﹐也往往是造成EMI無法通過測試。在解決這個問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費時間。
（a）噪聲是由機器內部電路板或接地所產生
此情形為將電纜取下﹐或加一Core則噪聲減低或消失。此時必須做的一個步驟是將線靠近機器（不須直接連接）看噪聲是否會存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實判定由機器內部產生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時請參考（b）的說明。
（b）噪聲是由機器內部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。
這一點是許多測試工程師容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要將一條電纜靠近﹐則可從頻譜上看到噪聲立刻升高﹐此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出﹐而是機器本身的噪聲能量相當大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實際測試中﹐我們發現許多通訊產品有這類情形發生﹐此時若單純用Core或Bead去處理﹐并不能真正的解決問題。
（2）機器內部的引線﹐連接線成為輻射天線
由于許多產品內部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當這些線靠近噪聲源很容易成為天線﹐將噪聲輻射出去。針對此點的判斷﹐在200MHz以下之噪聲﹐我們可以在線上加一Core來判斷噪聲是否減低﹐而對于200MHz以上之高頻噪聲﹐我們可以將線的位置做前后左右的移動﹐看噪聲是否會增大或減小。
（3）電路板上的布線成為輻射天線
由于走線太長或靠近噪聲源而本身被耦合成為發射天線﹐此種情形當外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時可用探棒測量電路板噪聲最強的地方﹐找到輻射的問題加以解決。關于探測的工具及方法﹐將于后詳細說明。
（4）電路 板上的組件成為輻射來源
由于所使用的IC或CPU本身在運作時產生很大的輻射﹐使得EMI測試無法通過﹐卵石種情往往在經過（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪聲依然存在﹐通常解決的方法不外換一個類似的組件﹐看EMI特性是否會好一些。另外就是電路板重新布線時﹐將其擺放于影響最小的位置﹐也就是附近沒有I/O Port及連接線等經過﹐當然若情況允許﹐將整個組件用金屬外殼包覆（Shielding）也是一種快速有效的方法。
由以上的分析介紹我們可以了解﹐造成電磁干擾輻射最關鍵的地方就是電線的問題﹐當有了適當的天線條件存在很容易就產生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應的主因 ﹐這是在許EMI對策中最容易疏忽的。
■ 步驟三
電源線無法移去﹐可在其上夾Core或水平垂直擺動﹐看噪聲是否有減小或變化。若產品有電池設備則可取下電源線判斷﹐如Notebook PC等。
如前所述電源線往往是會成為輻射天線﹐尤其是Desktop PC類產品﹐往往300MHz以上的噪聲會由空間耦合到電源線上﹐所以判斷產品的電源線是否受到感染是必須的步驟。由于噪聲頻帶的影響﹐對200MHz以下可用加Core的方式（可一次多加數個）判斷﹐對于200MHz以上的噪聲﹐由于此時Core的作用不大﹐可將電源線水平擺放和垂直擺放﹐看干擾噪聲是否有差別﹐若水平和垂直有很明顯的差別﹐則可一邊擺動電源線一邊看頻譜儀（Spectrum）上噪聲之大小有否變化﹐如此便可知道電源線有否干擾。
至于若發現電源線會產生輻射時如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機器內的噪聲減小﹐以避免電源線的二次輻射﹐而使用Shielded線一般對輻射的影響并不大﹐故換一條不同長度的電源線﹐有時也會有很好的效果。
由這一點我們可知道﹐除了要使可冊產生輻射噪聲的組件遠離I/O Port外﹐其也須盡量遠離電源線及Switching power supply的板子﹐以免耦合到電源線上使得輻射及傳導皆無法通過測試。
■步驟四
檢查電纜接頭端的接地螺絲是否旋緊及外端接地是否良好。
依前三項方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因為透過這些檢查﹐也許不須做任何修改﹐便可通過EMI測試。例如檢查電纜端的螺絲是否鎖緊﹐有時將松掉的螺絲上緊﹐可加強電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機器外接的Connector的接地是否良好﹐若外殼為金屬而有噴漆﹐則可考慮將Connector處的噴漆刮掉﹐使其接地效果較佳。另外若使用Shielded的電纜線﹐必須檢查接頭端處外覆的金屬綱是否和其鐵蓋密合﹐許多不佳的屏蔽線（RS232）多因線接頭的外覆屏蔽金屬綱未冊和連接端的地密合﹐以致無法充份達到屏蔽的效果。
各種接頭如Keyboard及Power supply常常由于接頭的插頭與機器上的插座間的密合度不好﹐影響了干擾噪聲的輻射。檢查的方式可將接頭拔掉看噪聲是否減小﹐減小表示兩種冊可﹐一為線上本身輻射干擾﹐另一為接頭間接觸不好﹐此時插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動﹐看噪聲是否會減小或消失﹐若會減小可將Keyboard或Power supply的連接頭﹐用銅箔膠帶貼一圈﹐以增加其和機器接頭的密合度﹐這一點也是實測上很容易被疏忽﹐而會誤判機器的EMI為何每次測時好時壞﹐或花許多時間在其它的對策上面.
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