干货|分享一个EMC辐射抗扰度测试案例

电子电路开发学习 2021-09-28 20:09

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RS（辐射抗扰度测试），又称辐射敏感度测试，是EMC测试中最基本测试项目之一，主要验证各种装置、设备、系统在存在一定外界辐射干扰的情况下抵抗辐射的一种能力。然而在实际测试中，经常由于这样或那样的因素，导致辐射抗扰度不过，这时该如何处理呢？下面就由本人根据亲身经历给大家分享几点经验：

首先可通过如下文章简单再了解下RS测试：简单了解下(RS)射频辐射电磁场抗扰度测试

遇到的问题：公司开发了一款功能转接板，该功能转接板在正常运行过程中，转接板接收到控制系统的发出的指令后，会有扬声器发声。其功能框图如下图所示：

功能测试框图

功能介绍：该系统分为两部分，第一部分是最右侧的信号控制发送端，第二部分是左侧的功能转接板，功能转接板上有按钮动作开关以及扬声器发声驱动模块。产品正常运行过程中转接板接收到控制系统的发出的指令后，会有扬声器发声。

异常问题点：产品在做辐射抗扰度测试(RS测试)的过程中发现，发现即使控制系统不给转接板发信号，转接板上的扬声器也会发出声音，并且重复试验后发现干扰在400MHz~600MHz宽频带范围内均有发生。

现场捣鼓一下，毕竟实验室约一次不容易。。。现场拆开产品的结构，“这TM都谁准备的样机，线就这样一坨，绕线跟印度学的吗”，硬件攻城狮发自灵魂的追问。肯定是这个问题，待我整理整理线束重测一遍。然并卵用，再次测试，干扰音问题没有改善。再再次测试，还是没有改善。我和我的小伙伴陷入了沉默...

回去以后，和部门同事们一起分析原理图和Layout，在原有硬件基础上针对性的提出如下几个可行的方案。大概过了一周以后，终于又约到了实验室。开始愉快的玩耍。。。

分析原理图部分，整个电路分为前级信号产生和后级驱动两部分，两部分通过一个耦合电容相连。

验证是前级还是后级耦合进入的干扰，这是方向性的问题，需要去首先确定。

首先音频信号经过信号控制发声端发送到功能转接板，功能转接板接收信号后发出驱动信号给扬声器驱动电路。因此首先去排查是前级单片机收到干扰导致异常发生还是后端扬声器驱动电路导致异常发生。分析原理图可以知道C12是链接前后级的耦合电容，因此先去掉C12进行测试。

图 1 后级电路

测试结果：发现去掉C12和不去掉都会干扰音产生，这说明RS主要是通过C12之后的后级电路进去的。方向定了，整改的范围也就缩小了。

针对后级电路的存在的问题做了如下整理和相应改善措施：

问题及改善措施1：

该芯片是扬声器功率驱动芯片，扬声器在工作时，最大电流可以达到最大值400mA，分析这部分电路不难看出，驱动芯片电源端仅放置一颗0603封装、容值为100nF的瓷片电容C17。该部分电路存在风险。建议在PCB板上U3电源输入口增加一个47uF的电解电容，改善重负载时芯片电源端的瞬态响应。如下图所示：

测试结果：有一定改善，但是不明显。

问题及改善措施2：

针对图1中扬声器功率驱动部分电路专门查看了PCB Layout的布局，发现扬声器YSQ的去耦电容C13离去耦目标扬声器较远，效果上达不到设计目标。因此在PCB上做如下修改，将C13电容手动焊接到靠近扬声器位置。

测试结果：改善效果较措施1好一些，但是不完全解决干扰问题。

问题及改善措施3：

系统有效信号是3kHz，干扰信号频段在400MHz以上，有效信号与干扰之间的频段区分明显，因此容易设计滤波器去滤除干扰。查看电路，考虑在信号输出到扬声器的这段路径中加低通滤波器，可以在R9上并联一个33pF的电容，与R9组成截止频率为530kHz的低通滤波器，如下图所示：

测试结果：多个样机反复测试，干扰噪音消失。

其他改善措施：

虽然最终我们找到了解决问题的方法，但是同时也对电路上的一些其他部分做了改善，如原理图前段信号部分，发现其中一个芯片原理图设计存在风险点：所有未使用引脚均悬空，未做任何端接处理，如下图。这样会更容易引起干扰，在原板子上将所有悬空引脚连接后接4.7k电阻接地处理。

原理图中诸多芯片供电都是用的Buck芯片转换来的5V电源，开关电源是强EMI辐射源也是容易受干扰的部分，尤其是环路部分处理不好极其容易受干扰。查看PCB Layout发现5V反馈网络从输出到反馈电阻的距离较远，如下图，此网络为敏感部分，采取电源方案更换，将Buck芯片部分的电路去掉，换用线性稳压器方案。