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EMC內部系統的原理以及近場(chǎng)分析的方法解析
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2019/10/12 9:34:00
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首先我們來(lái)看一下關(guān)于EMC研究的狀況,我們也知道越來(lái)越多的數字設備進(jìn)入到我們的生活當中,這些數字設備對于整個(gè)環(huán)境來(lái)說(shuō)都是一個(gè)噪聲源,這些噪聲源他們是互相影響的,在這樣的情況下,電磁環(huán)境就變得相當復雜,在這些噪聲源還沒(méi)有完全解決的時(shí)候,我們還面臨內部噪聲的問(wèn)題,關(guān)于內部噪聲的問(wèn)題我們選出了筆記本和手機,筆記本電腦我們都知道里面有很多的數字電路模塊,這些數字電路模塊扮演了我們前面所提到的一個(gè)一個(gè)數碼產(chǎn)品,無(wú)疑是一個(gè)干擾源,同時(shí)我們對于無(wú)線(xiàn)的需求,越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)通訊設備被集成在電路當中,我們看一下手機,手機原來(lái)是一個(gè)通訊設備,主要的功能是通訊,有手機通訊和GPS的功能,隨著(zhù)我們對掌上功能的追求,越來(lái)越多的芯片被集成,甚至我們對分辨率的要求提高,造成越來(lái)越多的噪聲源集成手機當中,這樣就造成數碼產(chǎn)品的內部電磁環(huán)境變得越來(lái)越復雜,由于射頻元器件都有天線(xiàn),我們整個(gè)內部環(huán)境就變得相當的麻煩,不容易解決。這樣的問(wèn)題,我們稱(chēng)之為系統內部的EMC的問(wèn)題,由于內部的天線(xiàn)接收到這種噪聲,天線(xiàn)接收信號并不會(huì )去區分是有用信號還是無(wú)用信號,當這些噪音聲量變高,會(huì )造我們接受的靈敏度比較低,造成我們無(wú)線(xiàn)設備的無(wú)法連接,這就是我們提到的系統內部的EMC問(wèn)題的原理。

我們在了解了EMC內部系統原理之后,我們來(lái)看一下另外一個(gè)重要的問(wèn)題,關(guān)于這個(gè)內部系統它的噪聲能量有多強,我們可以看到我們的數字電視信號是在 -105到-170之間,我們是需要另外一種方式去監測這些噪聲,接下來(lái)我們就介紹這樣一種方法,近場(chǎng)測量法。

首先我們會(huì )利用這樣一個(gè)磁場(chǎng)探頭,采集到磁場(chǎng)能量,我們通過(guò)磁場(chǎng)探頭采集到的能量,由于我們知道現在的集成度非常高,走線(xiàn)與走線(xiàn)的距離和器件和器件的距離非常近,我們?yōu)榱吮苊獯當_到我們的探頭,我們選擇了比較好的探頭保持準確的精確度,為了取得最大的磁通量,我們就會(huì )旋轉探頭來(lái)達到這樣的目的,對于這樣一個(gè)方法,大家有的時(shí)候可能會(huì )疑惑,我們?yōu)槭裁礇](méi)有選擇電場(chǎng)探頭,而是選擇磁場(chǎng)探頭,電場(chǎng)探頭不可避免會(huì )影響我們電場(chǎng)的方向,會(huì )影響我們的測量結果。這里來(lái)看一下,這是我們的測試結果,我們通過(guò)不同的顏色來(lái)表示不同的能量等級,我們在看右邊這張圖相比這兩張圖我們很容易找到紅色的區域,這樣可以找出噪聲源,紅色區域是我們的IC區域,通過(guò)對比我們就可以很容易得出一些分析結果,這就是我們利用近場(chǎng)分析做的一些測試和結果。

接下來(lái)就是第三部分,關(guān)于第三部分是我們會(huì )比較直接的介紹一下實(shí)際的案例,利用這些案例向大家說(shuō)明我們如何利用近場(chǎng)分析來(lái)解決這些問(wèn)題。首先來(lái)看我們會(huì )先介紹手機靈敏度,現在主要是關(guān)于手機當中一個(gè)問(wèn)題,我們手機集成了很多IS的信號和設備,不單單是傳統的,還有數字電視,這樣的情況就造成一個(gè)情況,我使用的RF頻段也越來(lái)越寬,可能會(huì )從400多兆一直覆蓋到2.4G,這樣的情況同樣還有一個(gè)問(wèn)題,就是我們的噪聲源,我們越來(lái)越多的數碼娛樂(lè )集成了更多的噪聲源,比如說(shuō)這里的控制芯片,還有攝象頭模塊,而這些模塊由于我們對數據的快速處理,它所產(chǎn)生的噪聲諧波范圍也越來(lái)越寬廣,產(chǎn)生內部系統噪聲靈敏度下降的問(wèn)題。在介紹手機靈敏度之前,先介紹一下我們做這樣分析的流程是什么樣的,我們看一下這張圖,我們首先會(huì )測試一下手機靈敏度的狀況,我們推薦的一個(gè)模式,這種模式就是要把所有的功能模塊都打開(kāi),這樣可以取得最差的一個(gè)狀況從而進(jìn)行分析,因為我們知道單單只是打手機的狀況下和打開(kāi)其他模塊的設備的情況下是不一樣的,初始環(huán)境之后我們進(jìn)行近場(chǎng)分析,我們可以得到這樣一個(gè)分布圖,通過(guò)這樣一張圖我們就可以更好更快的找出有效抑制噪聲的方法,找出方法之后,我們可以再次進(jìn)行驗證,這是一個(gè)實(shí)際案例,我們通過(guò)抑制噪聲從而提高了靈敏度,紅線(xiàn)是之前的情況,黑線(xiàn)是之后的結果。接下來(lái)我們會(huì )介紹一個(gè)實(shí)際的案例,我們選擇的是日本CDMA的手機,我們選擇軟排線(xiàn),我們針對這樣一個(gè)情況進(jìn)行了一個(gè)分析,這邊是我們的分析測試結果,我們可以看到最原始的狀況下,我們選擇了待機測試狀態(tài),靈敏度還是非常優(yōu)質(zhì)的,通過(guò)近場(chǎng)分析,我們可以看到整個(gè)是藍色,造成整個(gè)噪聲能量等級都很低,在這樣的情況下我們打開(kāi)攝象頭,我們發(fā)現靈敏度降低了5個(gè)DB,我們看到這個(gè)區域相對應的是一個(gè)區域和軟排線(xiàn)區域,我們可以看到整個(gè)噪聲能量等級已經(jīng)比前面高很多,這就證明了在這個(gè)范圍之內存在著(zhù)噪聲,而我們對比這兩個(gè)結果,很明顯噪聲對我們的靈敏度有一定的影響,還有需要打開(kāi)前面所有的功能模塊,這就是為什么打開(kāi)所有的工作模塊才能發(fā)現問(wèn)題所在。針對這樣的情況,我們導入了一個(gè)濾波器,在加入這個(gè)接口處之后,我們可以看到紅色的區域被有效的遏制住,意味著(zhù)我們的噪聲能量等級下降了,同時(shí)我們再進(jìn)行一個(gè)靈敏度的測試,我們的靈敏度相比在沒(méi)有濾波器的情況下,我們的靈敏度提高了3個(gè)dB。

這里是我之前提到的一個(gè)RF的濾波器,這個(gè)案例所涉及的范圍是數據線(xiàn),對于數據線(xiàn)上的濾波,我們要關(guān)注兩大點(diǎn),一個(gè)是信號的完整性和抑制,為了保證有良好的信號完整性,我們就選擇了LC的濾波器,我們可以保證我們信號良好的通過(guò),而信號被很好的濾除。接下來(lái)會(huì )介紹一下我們在測試版上做的分析,首先我們會(huì )做一個(gè)關(guān)于數據上的分析,大家知道因為高速信號的應用越來(lái)越多,同時(shí)我們的差分信號也被應用越來(lái)越多,我們還是會(huì )遇到很多噪聲的問(wèn)題,這些問(wèn)題產(chǎn)生的問(wèn)題就是共模噪聲,在這里我們就做了一塊分析板,這是一個(gè)發(fā)射端的IC還有一個(gè)接收端的IC。

我們可以來(lái)看一下,這里是我們的分析和測試的結果,我們看一下原始的情況,我們沒(méi)有加入任何的濾波器,我們可能在右側有很明顯的紅色區域,意味著(zhù)我們這塊地方含有噪聲,同時(shí)我們數據線(xiàn)上的能量等級也是相當高的,在這樣的情況下我們導入了一個(gè)共模扼流線(xiàn)圈,我們可以看到對比原始的狀態(tài),我們在使用濾波器后噪音得到了很好的抑制,同時(shí)在紅色區域也得到明顯的減少,我們的噪音不再傳播在我們的接受端,通過(guò)這樣的近場(chǎng)分析,我們可以清晰的感受到濾波器對于噪音濾除的效果。在這里我們之前提到的是使用共模扼流線(xiàn)圈,我們使用的是差分信號線(xiàn),共模扼流線(xiàn)圈可以有效的濾除噪音,保留信號,由于我們知道差分走線(xiàn)的時(shí)候,我們這邊會(huì )提供一個(gè)共模扼流線(xiàn)圈排這樣的產(chǎn)品,可以更好的減少面積。這是數據上的分析,然后我們會(huì )介紹一下關(guān)于電源板上的噪音分析。

我們知道DC-DC現在被廣泛應用在數字電視當中,它也是很大的噪音源,會(huì )影響到手機的接受,我們可以看到DC-DC會(huì )產(chǎn)生一些尖峰噪聲通過(guò)地耦合到整個(gè)板上去,針對這樣的噪聲問(wèn)題,大家也有解決方案,這是模擬了手機的狀態(tài),我們加入了DC-DC的模塊,我們可以來(lái)看一下,這是我們的分析和測試結果,這邊我們是使用了陶瓷電容作為濾波,這邊是使用三端子電容作為濾波,我們對比可以看到DC-DC的噪聲通過(guò)地,就意味著(zhù)通過(guò)DC-DC噪音通過(guò)地傳播到整個(gè)板上,這個(gè)近場(chǎng)分析就很明顯顯示了這個(gè)效果,黃色區域面積基本上沒(méi)有,意味著(zhù)我們的傳導路徑被很好的切斷,這個(gè)案例分析了DC-DC轉化器噪音的解決方案。這邊的話(huà)是我們前面提到使用三端子電容的情況,我們可以從這張圖可以看到,三端子電容會(huì )比陶瓷電容有很好的表現效果,這就是在DC-DC端濾波效果更好的原因所在。

接下來(lái)我們將會(huì )看一下近場(chǎng)分析,和遠場(chǎng)分析相結合的分析方法,我們這里是使用輻射噪聲進(jìn)行分析,電波暗室當中有一些缺陷是不可避免的,首先是我們可能只能得到一張頻譜圖,還有我們受限于時(shí)間和資源的限制。我們找到了近場(chǎng)分析比較好的分析方式,去彌補這樣的缺陷,接下來(lái)我們就看一下,這是一個(gè)回路,我們先使用近場(chǎng)分析測量這方面的情況,我們可以看到在這些數據線(xiàn)上存在著(zhù)噪聲,就意味著(zhù)噪聲通過(guò)這個(gè)接口,以軟排線(xiàn)進(jìn)行輻射,我們很容易找到噪聲的輻射途徑和耦合途徑,我們這邊使用的還是差分信號,我們還是使用共模扼流線(xiàn)圈,然后我們可以很明顯的發(fā)現軟排線(xiàn)對于軟排線(xiàn)的情況,紅色區域明顯的減少,就意味這我們的噪聲很好的被抑制,在這種情況下,我們可以看到一些我們平時(shí)做其他實(shí)驗,做電波暗室很難得到的效果。完成了近場(chǎng)分析之后,我們還是要進(jìn)行電波暗室,我們可以看到相比前面的結果,我們近場(chǎng)分析也是顯示了很好的抑制效果,那么在遠場(chǎng)我們也看到整個(gè)輻射噪聲被降低了,另外近場(chǎng)的數據和遠場(chǎng)數據我們不能只給作為數字對比,因為大家采用的方法是不一樣的。

 
 
 
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