為了減少開發成本、降低產品開發風險，縮短新產品上市時間，嵌入式核心板在工業物聯網等領域都得到了廣泛應用。當內嵌核心板的整機產品出現電磁兼容性問題，該怎么辦？本文教你如何分析定位并有效地解決問題。

電磁兼容性

按照GJB 72A-2002《電磁干擾和電磁兼容性術語》的定義，電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）是指“設備、分系統、系統在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。包括以下兩個方面：

設備、分系統、系統在預定的電磁環境中運行時，可按規定的安全裕度實現設計的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產生不可接受的降級；

設備、分系統、系統在預定的電磁環境中正常地工作且不會給環境（或其他設備）帶來不可接受的電磁干擾。

綜上所述，EMC通常包含以下兩個方面的要求：

1、電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI），是指任何可能中斷、阻礙、甚至降低、限值無線電通信或其他電氣電子設備性能的傳導或輻射的電磁能量。根據電磁能量的傳遞途徑，可分為輻射干擾和傳導干擾。常見的EMI試驗項目如下：

表1 常見EMI試驗項目

2、電磁敏感性（Electro Magnetic Susceptibility，EMS），是指設備、器件或系統因電磁干擾可能導致工作性能降級的特性。常見的EMS試驗項目如下：

表2 常見EMS試驗項目

常見的電磁兼容性問題

內嵌核心板的產品，常見的電磁兼容性問題如下：

表3 內嵌核心板產品的常見EMC問題

電磁兼容性問題的解決

對于電磁兼容問題，就發生機理而言，離不開“干擾源、傳播路徑和敏感源”這三個方面，無論是EMI電磁干擾問題還是EMS電磁抗擾問題，抓住這三個方面進行分析，望聞問切，再輔以針對性的有效措施，即可藥到病除。電磁兼容問題的診斷及整改，可以分為三大步驟：問題現象及描述、分析及根因定位、整改及效果驗證。

下面就以某型號內嵌核心板產品的EMI輻射超標作為案例，對上述三個步驟進行說明，而對于EMS電磁抗擾問題的診斷及整改，也是可觸類旁通，大家可舉一反三。

1、問題現象及描述（步驟1）

對于EMI電磁干擾問題，重點抓住4個方面進行描述：

依據的試驗標準；

超標的頻點或頻段；

超出標準限值多少；

試驗時產品的工作狀態和配置。

對于EMS電磁抗擾問題，抓住以下4個方面進行描述：

依據的試驗標準；

產品異常時的試驗等級；

產品的異常現象，及其相應的干擾位置；

試驗時產品的工作狀態和配置。

無論是EMI電磁干擾還是EMS電磁抗擾問題，這里都特別強調對于產品工作狀態和現場試驗配置的確切描述。所有這些描述，務必客觀真實，描述得越清楚和細致，對后面的問題分析和根因定位就越有幫助。產品工作狀態，涉及比如電源輸出是否滿載，具體產品中有哪些通信、系統內部框圖等；現場的試驗配置，涉及比如采用直流還是交流供電，是否外接適配器，是否有連接外部通信線纜，線纜的長度，接地情況，產品試驗時的系統框圖等。

2、分析及根因定位（步驟2）

對于EMC問題分析和根因定位，就類似于查案一樣，抽絲剝繭，探求真相。下面分別對于EMI和EMS的問題分析及根因定位給出一些方法。

對于EMI電磁干擾問題的定位，總體思路是：化整為零，逐步逼近。通常有以下兩種方法：

1、排除法：若產品為一個復雜的系統，就可以采用化整為零，逐步逼近的方法，比如將產品的各個部分逐一關閉或撤除（譬如將液晶顯示屏及排線拔掉、將外部通信線纜拔掉、將原有的開關電源適配器采用線性穩壓電源或電池供電、用軟件屏蔽某些信號源的輸出等），僅保留最小系統工作，先看看最小系統是否能夠滿足EMI標準的限值要求。如果最小系統的EMI沒有問題，我們再逐一打開或恢復去掉的部分，對比前后試驗結果的區別，以便定位EMI的主要源頭或路徑。

復雜產品或系統的EMI問題分析及定位，通常適合在電波暗室（企業自建，或者找其他企業或第三方機構租用）中進行，可以一邊分析定位，一邊進行整改及效果驗證。

2、近場掃描法：如果企業沒有自建電波暗室，也不方便租用電波暗室，可以采用近場掃描的方法，需要用到頻譜分析儀（或者帶頻譜分析功能的示波器）和近場探頭等附件。

通過對產品整體或局部進行輻射電磁場的近場掃描，可以初步確定風險較大的區域或位置，甚至直接定位到EMI干擾的主要源頭。實施針對性的整改后，再次進行近場掃描，并進行整改前后的結果對比，如果整改后有較為明顯的改善（比如超標頻點的幅值下降很多或者幾乎消除），我們就可以去電波暗室做進一步的測量驗證。

關于近場掃描，這里需要說清楚幾點：

近場掃描屬于定性測量，通過監測產品輻射的頻點以及近場電磁場強大小來初步判斷產品的輻射騷擾水平，但這并不能等同或替代電波暗室對于產品輻射騷擾的定量測量。

近場掃描對產品輻射騷擾的測量區域遠小于電波暗室，形象一點比喻，近場掃描是“管中窺豹”，電波暗室則是“縱觀全局，明察秋毫”。

總之，近場掃描的結果僅供參考，電波暗室的測量結果才是客觀事實，不可相提并論，更加不可以兩者混為一談。

如上所述，排除法適用于輻射騷擾和傳導騷擾的定位，而近場掃描法通常僅適用于輻射騷擾的定位，在實際EMI問題的分析定位中，大家也可以兩種方法結合使用。

內嵌核心板產品的常見EMI干擾源，如下表4所示。

表4 內嵌核心板產品的常見EMI干擾源

對于EMS電磁抗擾問題的定位，主要是尋找產品或系統中對電磁干擾較為敏感的部件或電路，總體思路是：由表及里，尋根溯源。

在進行電磁干擾敏感源的定位時，我們也可以采用排除法，化整為零，從整機到部件，由表及里，再從部件到電路，逐步逼近，尋根溯源，直至找到最終的敏感位置。

內嵌核心板產品中常見的EMS敏感源，如下表5所示。

表5 內嵌核心板產品的常見EMS敏感源

除了上述的“干擾源”和“敏感源”，我們在進行EMC問題分析時還需要特別注意“傳播路徑”的影響。電磁干擾的“傳播路徑”通常分為輻射和傳導兩種，而“電纜”（包括互聯接口線纜、電源線纜，以及PCB上的電源及信號走線等）則是電磁干擾傳播路徑的物理媒介，根據相關統計，將近90%的EMC問題是由電纜造成的，電纜是高效的電磁波接收天線和發射天線，同時也是電磁干擾傳導的良好通道。

3、整改及效果驗證（步驟3）

對產品EMC問題的整改，通常有“屏蔽”、“濾波”、“接地”這三大方法，相信應該大部分用戶已經初步了解過，也可以自行查閱相關書籍或網絡文獻。

這里我們主要就產品EMC整改過程中一些比較容易忽略的點進行介紹。

“屏蔽”，是針對輻射電磁干擾進行整改的主要方法，一般針對產品的電纜、結構及孔縫進行屏蔽。要特別注意的是，屏蔽措施一定要配合接地措施來使用，否則效果減半或毫無作用；另外，實施屏蔽措施時要做到360度的閉合搭接，不留孔縫或者等效的棒狀天線。

“濾波”，是針對傳導電磁干擾進行整改的主要方法，通常需要在產品及其電路上額外增加濾波器件，諸如共模電感、差模電感、電容、磁珠及電阻等。一般分為疏導型和消耗型兩種濾波方式，疏導型“濾波”措施（如電容濾波）需要配合“接地”使用。需要特別注意的是，濾波措施盡量靠近干擾源或敏感源放置，以免“濾波”措施的效果大打折扣。

“接地”是“屏蔽”和“濾波”兩大措施中電磁干擾的有效疏導路徑。接地的方式有很多種，比如單點接地、多點接地、電容接地、阻容接地、電感接地、磁珠接地、電阻接地等，實際的產品或系統中，適合采取哪種接地方式，需要看屬于哪個類型的地（如大地、安全地、數字地、模擬地、功率地等），一個接地方式，一個地的類型，得搞清楚兩個問題，才能避免接錯“地”的情況，總結起來就是“接地方式決定于接地目的”。

如上所述的“屏蔽”和“濾波”都是從硬件方面進行整改，從更廣義的角度，“屏蔽”和“濾波”也是可以通過軟件方法來實現的。這里列舉一些軟件上“屏蔽”和“濾波”的整改方法供大家參考，在實際應該用中，可以舉一反三。

表6 軟件EMC整改方法

核心板應用的注意事項

以上是產品出現EMC問題后的整改方法和大體思路，那么在應用核心板進行產品開發時如何避免EMC問題呢？接下來，我們看看有哪些注意事項。

1、電源電路的EMC設計

電源接口是產品EMC試驗必做的接口之一，包括EMI電磁干擾和EMS電磁騷擾兩個方面。內嵌核心板的產品在電源接口設計時，要注意如下幾個方面：

在產品底板電源電路靠近電源接口處增加TVS二極管防護，以便抑制浪涌干擾。需要結合供電電壓選擇合適規格的TVS二極管。

如果采用DC/DC（通常放置在底板）作為核心板的直流供電，建議在DC/DC輸入增加EMI濾波電路，以便降低產品出現傳導騷擾和輻射騷擾超標的概率。

如果核心板有多個電源供電引腳，底板上這些電源信號靠近核心板處增加濾波電容。采用諸如10uF、0.1uF、1nF等不同容值的貼片電容并聯，以便進行寬頻濾波。

2、接口電路的EMC設計

核心板的接口電路通過板對板連接器（或郵票孔）擴展到底板，有的甚至成為產品整機的輸入輸出接口，比如按鍵、LED指示、SPI、I2C、串口、LCD、Ethernet等，如果這些接口電路沒有做EMC設計或是EMC設計不合理，一方面外界電磁干擾經由接口及接口電路傳導到核心板，輕則引起誤動作，重則損壞核心板，另一方面核心板和底板的電磁干擾會以傳導或輻射的方式對外發射電磁干擾，導致產品整機的EMI測試超標。

內嵌核心板的產品在接口電路設計時，有如下幾個注意事項：

若產品輸入信號為高低電平信號（如按鍵、復位、開關量等），且信號在底板上的走線較長時，應在底板上靠近核心板I/O輸入附近增加RC濾波。

若產品輸入信號為高速數字信號（如時鐘、SPI、I2C、AD采樣信號等），應該更多地從PCB布局及布線上去考慮，確保底板上的高速信號走線盡量短，盡量少過孔，可在信號走線上適當增加ESD等防護器件，但不宜有過大的寄生電容或濾波電容，以免影響高速信號的質量。

對于從核心板擴展到底板的高低電平輸出信號，更多的是從抗電磁干擾的角度考慮，在底板上的信號走線盡量短，也可適當增加ESD等防護器件。

對于從核心板擴展到底板的高速數字信號（如SPI、I2C、串口、以太網及LCD接口）輸出，更多是從EMI的角度去考慮，可以在這些高速數字信號上適當增加匹配電阻或RC濾波電路，同時高速信號在底板的走線也要盡量短并少過孔。

對于有較多數據線和時鐘線的輸出接口（比如LCD接口），可在信號線中串入排阻，并在底板上將排阻靠近核心板放置，從源頭上減少EMI的發射能量，同時也可以采用多層板設計，高速信號和時鐘走線盡量在PCB內層走線，對LCD的時鐘線進行包地處理，減少信號環路面積，進一步減少EMI干擾。

3、核心板在底板的布局及裝配

除了供電和接口電路的優化設計，核心板在底板上的布局或是裝配方式不合理，也會容易引起EMC問題。核心板在底板布局和裝配方面，有如下注意事項：

核心板盡量布局在底板的中央區域，避免放置在底板邊沿或靠近底板的外圍接口，這樣能夠減小外界電磁干擾對于核心板的不利影響。

如果核心板有定位孔（與GND連接）和板對板連接器，我們建議在底板上預留與核心板對應的定位孔（也與GND連接），將核心板通過連接器裝配到底板后，同時在核心板和底板的定位孔安裝上銅柱，用螺絲鎖緊，既能減震，也能確保整個核心板有良好的接地，且保持較低的接地阻抗。

在產品內部結構設計或安裝時，接口線纜不能直接放置在核心板的上方，或穿過核心板和底板之間的縫隙，或緊挨著核心板，以便能夠盡量避免核心板將干擾耦合到接口線纜上，或外界干擾通過接口線纜耦合到核心板上。

結語：

篇幅所限，以上僅對內嵌核心板的整機產品EMC問題分析及解決做了概要性的介紹，供用戶參考和借鑒。我們也可以為用戶提供EMC設計或整改的技術服務，助力用戶產品盡早達成預定的電磁兼容性能指標。