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某產(chǎn)品敏感源頭電容濾波解決輻射抗擾度案例

西安容冠電磁科技有限公司 桃花島主

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問(wèn)題描述

某機(jī)載平板電腦（見(jiàn)圖1）在進(jìn)行RS103 200V/m電磁場(chǎng)輻射抗擾度實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品在150MHz-300MHz頻段出現(xiàn)屏幕回退現(xiàn)象，即從正常顯示回退到操作界面，如圖2所示。

圖1 正常放映

圖2 屏幕回退

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故障診斷

打開(kāi)機(jī)殼，產(chǎn)品后蓋為金屬外殼，顯示屏為非屏蔽普通觸摸屏，另為手持設(shè)備采用電池供電，無(wú)I/O接口線纜。初步懷疑電磁場(chǎng)輻射通過(guò)屏幕開(kāi)口耦合到內(nèi)部電路。產(chǎn)品由顯示屏、主板、觸摸屏、按鍵板四部分構(gòu)成，其中，按鍵板、以太網(wǎng)USB接口與主板都通過(guò)排線連接，長(zhǎng)度在100mm以上，在排線上加扁平鐵氧體磁環(huán)排查，如圖3所示。

圖3 排線加扁平磁環(huán)

當(dāng)按鍵排線和以太網(wǎng)USB排線加扁平鐵氧體磁環(huán)后，再次測(cè)試電磁場(chǎng)輻射抗擾度，試驗(yàn)通過(guò)。初步確認(rèn)為排線耦合的干擾導(dǎo)致問(wèn)題。

進(jìn)一步確認(rèn)，拔掉按鍵排線，同時(shí)去掉以太網(wǎng)排線磁環(huán)，再次進(jìn)行200V/m電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)，此時(shí)產(chǎn)品工作正常，如圖4所示。反之，當(dāng)拔掉以太網(wǎng)排線插上按鍵排線時(shí)，抗擾度問(wèn)題復(fù)現(xiàn)，因此，確認(rèn)為按鍵排線受到輻射干擾導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)輻射抗擾度問(wèn)題。

圖4 拔掉按鍵排線

使用EMS抗干擾診斷整改系統(tǒng)（容冠電磁）進(jìn)行診斷，連接好脈沖發(fā)生器和磁場(chǎng)探頭，在芯片（核心板）各管腳注入磁場(chǎng)干擾，如圖5所示。當(dāng)探頭置于核心板左側(cè)部分時(shí)，此時(shí)故障會(huì)偶爾復(fù)現(xiàn)，如圖6所示。

圖5 磁場(chǎng)注入

圖6 核心板敏感部位

將探頭換成針式探頭，如圖7所示。直接在確認(rèn)的核心板敏感部位對(duì)核心板芯片各管腳注入電磁干擾，如圖8所示，當(dāng)探頭置于按鍵各管腳時(shí)，此時(shí)故障可以復(fù)現(xiàn)，因此確認(rèn)按鍵信號(hào)受到干擾。

圖7 針式探頭

圖8 使用針式探頭直接注入

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原因分析

按鍵信號(hào)電路流程如圖9所示。

圖9 按鍵信號(hào)流程

按鍵板主要是控制音量加減、返回、菜單、主頁(yè)；核心板內(nèi)部包含處理器，提供屏幕顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，類似手機(jī)主板。因此，按鍵排線耦合的干擾，可以直接進(jìn)入核心板，干擾處理器。

查看按鍵板和主板原理圖中的按鍵信號(hào)，分別如圖10和圖11所示，從圖中可以看出，按鍵信號(hào)從按鍵板經(jīng)過(guò)排線進(jìn)入主板，然后到核心板按鍵管腳，整個(gè)鏈路沒(méi)有任何電磁干擾濾波措施，那么，按鍵排線耦合的電磁場(chǎng)輻射干擾，可以直接通過(guò)排線到達(dá)核心板處理器，從而引起電磁干擾問(wèn)題。

圖10 按鍵板按鍵信號(hào)

圖11 主板按鍵信號(hào)

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整改措施

根據(jù)以上分析，考慮到產(chǎn)品在150MHz-300MHz頻段受到干擾，因此，在芯片按鍵管腳焊接330pF濾波電容，其諧振頻率大約在300MHz，如圖12所示。

圖12 核心板按鍵管腳加330pF電容濾波

整改后再次使用E1抗擾度診斷整改系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，此時(shí)在敏感信號(hào)管腳注入電磁干擾，屏幕回退問(wèn)題不再?gòu)?fù)現(xiàn)。

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實(shí)踐效果

將產(chǎn)品拿到標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行200V/m電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)，此時(shí)產(chǎn)品在整個(gè)頻段工作正常，實(shí)驗(yàn)通過(guò)。

【島主點(diǎn)評(píng)/點(diǎn)睛】

產(chǎn)品I/O接口是EMC測(cè)試的重點(diǎn)考察對(duì)象，也是很多產(chǎn)品EMC問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?，毫不夸張的說(shuō)，產(chǎn)品EMC成也I/O接口敗也I/O接口，然雪上加霜的是，目前很多處理器出現(xiàn)了直通I/O的信號(hào)，使得產(chǎn)品EMC問(wèn)題更加復(fù)雜化，嗚呼，還讓工程師活不活！本案例產(chǎn)品輻射抗擾度問(wèn)題，經(jīng)過(guò)縝密的診斷和分析，為I/O信號(hào)線耦合電磁干擾進(jìn)入處理器所致，后通過(guò)在處理器端I/O信號(hào)加電容濾波成功化解。本文的方法和思路，如同暗夜里的一道光芒,不啻給此類問(wèn)題的解決指引了方向，聽(tīng)君撥云見(jiàn)日，頓感茅塞頓開(kāi)。

審核編輯 黃昊宇