某产品敏感源头电容滤波解决辐射抗扰度案例
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某产品敏感源头电容滤波解决辐射抗扰度案例
西安容冠电磁科技有限公司 桃花岛主
1
问题描述
某机载平板电脑（见图1）在进行rs103 200v/m电磁场辐射抗扰度实验时，产品在150mhz-300mhz频段出现屏幕回退现象，即从正常显示回退到操作界面，如图2所示。
图1 正常放映
图2 屏幕回退
2
故障诊断
打开机壳，产品后盖为金属外壳，显示屏为非屏蔽普通触摸屏，另为手持设备采用电池供电，无i/o接口线缆。初步怀疑电磁场辐射通过屏幕开口耦合到内部电路。产品由显示屏、主板、触摸屏、按键板四部分构成，其中，按键板、以太网usb接口与主板都通过排线连接，长度在100mm以上，在排线上加扁平铁氧体磁环排查，如图3所示。
图3 排线加扁平磁环
当按键排线和以太网usb排线加扁平铁氧体磁环后，再次测试电磁场辐射抗扰度，试验通过。初步确认为排线耦合的干扰导致问题。
进一步确认，拔掉按键排线，同时去掉以太网排线磁环，再次进行200v/m电磁场辐射抗扰度试验，此时产品工作正常，如图4所示。反之，当拔掉以太网排线插上按键排线时，抗扰度问题复现，因此，确认为按键排线受到辐射干扰导致产品出现辐射抗扰度问题。
图4 拔掉按键排线
使用ems抗干扰诊断整改系统（容冠电磁）进行诊断，连接好脉冲发生器和磁场探头，在芯片（核心板）各管脚注入磁场干扰，如图5所示。当探头置于核心板左侧部分时，此时故障会偶尔复现，如图6所示。
图5 磁场注入
图6 核心板敏感部位
将探头换成针式探头，如图7所示。直接在确认的核心板敏感部位对核心板芯片各管脚注入电磁干扰，如图8所示，当探头置于按键各管脚时，此时故障可以复现，因此确认按键信号受到干扰。
图7 针式探头
图8 使用针式探头直接注入
3
原因分析
按键信号电路流程如图9所示。
图9 按键信号流程
按键板主要是控制音量加减、返回、菜单、主页；核心板内部包含处理器，提供屏幕显示、数据处理等功能，类似手机主板。因此，按键排线耦合的干扰，可以直接进入核心板，干扰处理器。
查看按键板和主板原理图中的按键信号，分别如图10和图11所示，从图中可以看出，按键信号从按键板经过排线进入主板，然后到核心板按键管脚，整个链路没有任何电磁干扰滤波措施，那么，按键排线耦合的电磁场辐射干扰，可以直接通过排线到达核心板处理器，从而引起电磁干扰问题。
图10 按键板按键信号
图11 主板按键信号
4
整改措施
根据以上分析，考虑到产品在150mhz-300mhz频段受到干扰，因此，在芯片按键管脚焊接330pf滤波电容，其谐振频率大约在300mhz，如图12所示。
图12 核心板按键管脚加330pf电容滤波
整改后再次使用e1抗扰度诊断整改系统进行验证，此时在敏感信号管脚注入电磁干扰，屏幕回退问题不再复现。
5
实践效果
将产品拿到标准实验室进行200v/m电磁场辐射抗扰度试验，此时产品在整个频段工作正常，实验通过。
【岛主点评/点睛】
产品i/o接口是emc测试的重点考察对象，也是很多产品emc问题的罪魁祸首，毫不夸张的说，产品emc成也i/o接口败也i/o接口，然雪上加霜的是，目前很多处理器出现了直通i/o的信号，使得产品emc问题更加复杂化，呜呼，还让工程师活不活！本案例产品辐射抗扰度问题，经过缜密的诊断和分析，为i/o信号线耦合电磁干扰进入处理器所致，后通过在处理器端i/o信号加电容滤波成功化解。本文的方法和思路，如同暗夜里的一道光芒,不啻给此类问题的解决指引了方向，听君拨云见日，顿感茅塞顿开。
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西安容冠电磁科技有限公司 桃花岛主
1
问题描述
某机载平板电脑（见图1）在进行rs103 200v/m电磁场辐射抗扰度实验时，产品在150mhz-300mhz频段出现屏幕回退现象，即从正常显示回退到操作界面，如图2所示。
图1 正常放映
图2 屏幕回退
2
故障诊断
打开机壳，产品后盖为金属外壳，显示屏为非屏蔽普通触摸屏，另为手持设备采用电池供电，无i/o接口线缆。初步怀疑电磁场辐射通过屏幕开口耦合到内部电路。产品由显示屏、主板、触摸屏、按键板四部分构成，其中，按键板、以太网usb接口与主板都通过排线连接，长度在100mm以上，在排线上加扁平铁氧体磁环排查，如图3所示。
图3 排线加扁平磁环
当按键排线和以太网usb排线加扁平铁氧体磁环后，再次测试电磁场辐射抗扰度，试验通过。初步确认为排线耦合的干扰导致问题。
进一步确认，拔掉按键排线，同时去掉以太网排线磁环，再次进行200v/m电磁场辐射抗扰度试验，此时产品工作正常，如图4所示。反之，当拔掉以太网排线插上按键排线时，抗扰度问题复现，因此，确认为按键排线受到辐射干扰导致产品出现辐射抗扰度问题。
图4 拔掉按键排线
使用ems抗干扰诊断整改系统（容冠电磁）进行诊断，连接好脉冲发生器和磁场探头，在芯片（核心板）各管脚注入磁场干扰，如图5所示。当探头置于核心板左侧部分时，此时故障会偶尔复现，如图6所示。
图5 磁场注入
图6 核心板敏感部位
将探头换成针式探头，如图7所示。直接在确认的核心板敏感部位对核心板芯片各管脚注入电磁干扰，如图8所示，当探头置于按键各管脚时，此时故障可以复现，因此确认按键信号受到干扰。
图7 针式探头
图8 使用针式探头直接注入
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原因分析
按键信号电路流程如图9所示。
图9 按键信号流程
按键板主要是控制音量加减、返回、菜单、主页；核心板内部包含处理器，提供屏幕显示、数据处理等功能，类似手机主板。因此，按键排线耦合的干扰，可以直接进入核心板，干扰处理器。
查看按键板和主板原理图中的按键信号，分别如图10和图11所示，从图中可以看出，按键信号从按键板经过排线进入主板，然后到核心板按键管脚，整个链路没有任何电磁干扰滤波措施，那么，按键排线耦合的电磁场辐射干扰，可以直接通过排线到达核心板处理器，从而引起电磁干扰问题。
图10 按键板按键信号
图11 主板按键信号
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整改措施
根据以上分析，考虑到产品在150mhz-300mhz频段受到干扰，因此，在芯片按键管脚焊接330pf滤波电容，其谐振频率大约在300mhz，如图12所示。
图12 核心板按键管脚加330pf电容滤波
整改后再次使用e1抗扰度诊断整改系统进行验证，此时在敏感信号管脚注入电磁干扰，屏幕回退问题不再复现。
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实践效果
将产品拿到标准实验室进行200v/m电磁场辐射抗扰度试验，此时产品在整个频段工作正常，实验通过。
【岛主点评/点睛】
产品i/o接口是emc测试的重点考察对象，也是很多产品emc问题的罪魁祸首，毫不夸张的说，产品emc成也i/o接口败也i/o接口，然雪上加霜的是，目前很多处理器出现了直通i/o的信号，使得产品emc问题更加复杂化，呜呼，还让工程师活不活！本案例产品辐射抗扰度问题，经过缜密的诊断和分析，为i/o信号线耦合电磁干扰进入处理器所致，后通过在处理器端i/o信号加电容滤波成功化解。本文的方法和思路，如同暗夜里的一道光芒,不啻给此类问题的解决指引了方向，听君拨云见日，顿感茅塞顿开。
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