一. 前言
產品內部互聯連接器,磁珠/電容或者互聯線纜連接不當不僅僅會引起EMI問題,也會引起EMS問題。這是由于互聯的連接器處在高頻信號下,會形成相對較高的阻抗,當有一定的電流流過時,會在阻抗兩端形成高壓,高壓即會引起電壓驅動,形成共模輻射,也會降低系統的抗干擾能力,特別是對于噪聲容限比較小的系統。
圖1
以上圖為例,正常系統中只有一個大地,當設備1需要通過大地形成回流時,那么之間的連接處將成為必經之路,如果該通路阻抗較高,將會在此處形成一定數值的電壓,進而產生EMI和EMS問題。
產品內部互聯設計應該考慮以下幾點:
(1)當有共模瞬態干擾電流流過互聯設備時,建議選用金屬外殼的連接器,電纜選用屏蔽電纜,并且連接器的金屬外殼跟線纜屏蔽層進行360°搭接,同時互聯的信號中“0”V工作地跟金屬外殼,線纜屏蔽層直接相連。這樣做的目的是引導共模電流從互聯連接器的金屬外殼和線纜的屏蔽層流過,避免流過互聯連接器或者互聯線纜中的高阻抗電纜而引起壓降;
(2)如果只采用非金屬外殼連接器和非屏蔽電纜,那么建議采用一塊額外的金屬板連接在互聯設備的兩端,通常可以借助產品現有的金屬殼體,同時將“0”V工作地跟金屬板直接連接。
(3)在(1),(2)方式都不可行的情況下,必須將所有互聯信號濾波處理,目的是避免干擾信號通過互聯連接器和電纜中的高阻抗形成壓降。
(4)當內部電路有割地處理時,由于最終的必將有回流流到GND,該處的阻抗處理需要是小阻抗,如果有高阻抗電路設計,將會形成壓降;
二. 實際案例分析
1.現象描述
某產品在進行輻射實驗時,發現162MHz頻點超標,經過前期研究發現是本身產品13.56MHz的12倍頻。
圖2
圖3
2.原因分析
當去掉其中一根未屏蔽線束電纜或者在該線纜上增加磁環時,發現該干擾信號幅值可以下降到限值以下。可以初步判斷該輻射跟該線束有關,但是通過分析發現,該信號是模擬信號,且跟13.56MHz無關,而且測試其相關頻譜均是13.56MHz的倍頻。
我們已經知道了干擾源是13.56MHz,但是需要知道干擾路徑在哪兒。通過頻譜分析儀發現綠色圈出處162MHz幅值很高。
圖4
圖5
圖6
BAT_IN-為包含13.56MHz部分電路的數字GND,GND為其他模擬信號電路的GND,當有干擾電流(162MHz)流過該磁珠時,由于磁珠在該162MHz時阻抗將近800Ω,將會形成高壓。
圖7
將L3替換為兩顆1nf的電容,該電容在100MHz附件的阻抗僅為1Ω,我們復測RE實驗,發現可以通過該測試。
圖8
圖9
三. 總結
1.當接地回路作為回流必經之路時,該接地阻抗必須很小,否則必將引起高壓;
2.當需要分割GND,特別是靜電防護時,我們往往會在金屬螺絲和PCB的GND上增加一顆0歐姆電阻,防止靜電干擾信號流入PCB板,但是該螺絲釘處會形成壓降,需要注意避免將一些易受干擾的信號靠近螺絲釘處,同時螺絲釘靠近金屬外殼,保證能量能夠快速釋放,降低耦合到PCB板的能量。
審核編輯 黃宇
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