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电子产品:为什么说-连接线电缆的EMI问题重要!

来源:东莞元太电业有限公司发布时间:2018.10.19 10:10:39 关注:551

在一些产品的设计应用中,我们会碰到连接线电缆的EMI问题;
我通过PCB及连接线的EMI-辐射理论的分析来进行对比说明:
A.PCB走线形成辐射的问题:
 
PCB上有许多信号环路,由中有差模电流环也有共模电流环,计算其辐射强度时,可等效为环天线,辐射强度由下式计算:
 
E:电场强度(V/m)
f:工作电流的频率(MHZ)
A:电流的环路面积(cm^2)
I:电流的强度(mA)
r:测试点到电流环路的距离(m)
 
B.连接线及线缆形成辐射的问题:
 
计算线缆的辐射强度时,将其等效为单极天线,其辐射强度由下式计算:
 
E:电场强度(V/m)
f:工作电流的频率(MHZ)
L:电缆的长度L(m)
I:电流的强度(mA)
r:测试点到电流环路的距离(m)
结论:由以上两式可以看出线缆的辐射效率远大于 PCB 的辐射效率!!
 
案例1:类似音响的喇叭线进行传导测试数据变差的情况;这时要注意产品的滤波设计和音响连接线的EMI问题!通过如下的产品测试EMI传导测试Data进行分析:蓝牙音响加灯的EMI测试案例;产品测试的EMI传导数据如下:
 
单独测试电源板及控制系统没有超标的问题,一接上喇叭连接线就出现音频线的干扰导致EMI传导测试数据超标,如上测试曲线;同时增加滤波器及磁环均没有效果;
 
2.检测产品的结构组成及电路原理
 
产品由开关电源进行供电;喇叭连接线长度不能变短;其长的连接线就会对应有较大的耦合分布电容;对于传导的问题,我将LISEN的50R阻抗等效到产品结构进行分析:
 
从图中的等效分析图中我们就会很清晰的看到EMI问题的来源,同时我们也可以根据图示的路径上进行多种方案的实施!
A.从测试曲线来分析开关电源 本身没有太大的问题;
B.测试时喇叭线有1米左右的长度 和电源线也没有分开一定的距离其电源线上面就会有耦合的音频干扰;导致EMI超标 ;
C.按我的建议再进行喇叭线与电源线拉开距离测试时,其EMI超标点基本有5dB的改善;
D.由于产品的本身的使用特性,客户要求电源板及器件不要改动进行优化;最好的办法是将喇叭线建议改成屏蔽线缆进行测试替换!
 
3.屏蔽线缆在测试中我们同时要注意正确的使用方法?
 
上面是客户使用屏蔽线缆的测试连接图及 得到的EMI测试数据;
测试数据后端出现高频段超标? 为何?
 
 
进行辐射骚扰测试时;该TV的HDMI接口与DVD,游戏设备等相连并进行数据通讯;如图中测试数据在辐射接收天线水平极化的情况下,有一点(频率点148.6Mhz)超过了CLASSB限制要求,且高频单支噪声多为74.3MHZ的倍频!
A.根据图示的测试Data进行分析:HDMI接口的传输速率很高。周期信号及信号的谐波会通过传输连接线电缆产生辐射骚扰(HDMI特征频点为74MHZ左右)。
B.通常控制芯片和接口芯片在进行数据通讯时,芯片的地和电源之间也可能会随信号源产生共模电压,从而产生噪声问题!
HDMI接口电缆采用屏蔽电缆;我在检查屏蔽线时发现测试用HDMI屏蔽电缆屏蔽层与HDMI端口金属连接器采用的是“单点接地”的连接方式!由此我能判断该处地的连接需要进行优化;
改变HDMI接口屏蔽电缆与金属连接器的连接方式,即将屏蔽层与连接器金属外壳进行环形360°搭接!测试EMI辐射数据,通过测试;参考如下:
改变屏蔽电缆屏蔽层与金属连接器的连接方式,取消原来的单点接地,实现屏蔽层与金属接口360°搭接。从而改善EMI的问题!
6.总结
A.连接线电缆EMI传导问题点-路径分析很关键:
B.对高频数字信号屏蔽电缆单点接地的问题,相当于在屏蔽层上串联一个几十nH电感,它能够在接口的电缆屏蔽层上因屏蔽层电流的作用而产生一个共模电压;随着频率的增大,单点接地连接的等效转移阻抗也将迅速增大,这样不但会使屏蔽电缆完全失去屏蔽的效果而且可能产生额外的骚扰。因此屏蔽电缆的屏蔽层与连接器很重要,对高频数字信号的应用一定要保证360°搭接!!
从产品的EMI测试原理分析:主要影响产品EMI测试结果的为共模干扰,因此,产品的EMI问题主要与共模干扰有关,对于电子产品的EMI设计来说,真正需要我们重点关注的也是共模问题!
因此对于电子产品的实际应用状况要注意产品的内部结构及连接线电缆的问题;线缆的辐射效率远大于 PCB 的辐射效率!系统有连接线及线缆设计时要优先考虑!

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