一招鲜,吃遍天的EMC三要素,高效助力EMC整改
前言
在当今的科技时代,电磁兼容(EMC)已成为一个至关重要的领域。随着电子系统的日益复杂和广泛应用,我们逐渐意识到系统与系统之间相互影响的复杂性。
在这个充满挑战的领域里,我们所面对的不仅仅是单个系统的电磁兼容性问题,更是多个系统之间相互作用所带来的一系列复杂情况。系统与系统之间的相互影响并非简单的线性关系。它们之间的交互作用可能涉及多种因素,如空间辐射、信号干扰、电源线耦合等。这些因素相互交织,使得我们难以准确预测和评估系统在实际运行环境中的表现。
背景以及问题分析
我们一起来看一个有关系统与系统之间的案例,下图是大致的框架图。
这是一家做胃镜设备的医疗客户,遇到的问题是:
机箱里控制胃镜伸缩活动的推杆电机部分,由于镜头在人体空间狭小,推杆电机的行程特别短,加上功能使然,需要经常切换电机正反转。尤其在切换、关断时的噪声特别影响最后的成像,导致出现花屏、抖动等异常。
在整改初期,在定位问题之前,我们可以先确定三个点,分别是:辐射源、敏感设备以及耦合路径。
1.确定辐射源:了解到这里,我们基本锁定,我们的辐射源头是来自推杆电机的来回切换导致的电磁脉冲干扰。
2.确定敏感设备和耦合路径:根据我们出现的问题是成像问题,我们接下来可以从整条视频信号的链路来逐一排查。一般来说线束接收空间辐射的感染最为“敏感”。
通过前面的框架图可以了解到,电机作为辐射源,不管是空间辐射还是从线束上的噪声距离最近的就是MIPI信号线,极其容易形成耦合路径将视频信号干扰,这也是最先怀疑的目标。话虽如此,我们还是一起来看看这条链路上有些什么吧(看下图)。
在整改的时候,我们将电机拆卸下来,作为辐射源,靠近了上图中的所有系统单元,最后确定的敏感设备主要是客户外购的主板,除此之外就是视频转接小板,这一部分的不稳定可能是接地质量受影响,信号完整性的质量也受影响,也让信号回路收到影响。
而耦合路径主要是MIPI信号线线束耦合和空间耦合。我们尝试用屏蔽的HDMI 线束连接屏幕,并没有改善花屏的现象。其实在这一步并不能完全确认,但是随着整改措施的加入就基本锁定三大要素。
整改方向
整改方案也可以根据三大要素出发来解决,从辐射源、敏感设备以及耦合路径三个不同的角度。当然我们大部分的措施都是针对辐射源的角度出发的,通常解决源头要比从其他角度要更高效,很快速。
在前面我们确定辐射源头是推杆电机的切换,那我们就从推杆电机入手。由于产品的特性,这款推杆电机的推杆长度特别短,所以在工作的时候,正反转切换的就尤为频繁。因为考虑到MIPI信号和HDMI信号传输速率都是比较高的情况,我们也可以从这个角度针对出现问题的频率段,去考虑滤波措施对于频率。
在电机出线口的地方加入BDL滤波板,BDL是我司的明星产品,针对电机噪声有着极好的抑制效果。整改时还在模拟电控板的电机电源线端口处加入共模滤波器:TLDCM9070-2-102TF-TA,针对高频有着很好的滤波效果,防止噪声从线束中辐射出去。(如下图)
数据对比图如下:
通过对(电机)辐射源的整改之后,最终解决了客户显示花屏闪屏的问题。在不大改动主板的基础上,给出能够量产的方案,满足功能的同时,解决过认证要求。
以上,就是针对推杆电机,也就是辐射源进行整改,如果客户需要系统的根治EMC问题,或是需要进一步优化产品设计,那我们还可以针对其他要素有什么整改措施呢?
【针对耦合路径的措施】:
1.线束耦合:MIPI信号线束使用屏蔽线束。
2.线束耦合:电机电源线束使用屏蔽线束。
3.空间耦合:主板使用屏蔽壳并接地。(电机单独屏蔽)
【针对敏感设备的措施】:
1.视频信号转接小板子取消,优化地回路和信号回路。
2.优化结构,将主板模块放置远离电机模块,并在相关地做隔离(电机噪声脉冲可能通过地干扰电源等等)。
总结
在应对EMC辐射发射问题时,我们需迅速锁定三大关键要素,以便能够快速定位问题,并展开下一步的针对性工作。这三大要素包括:
首先,是对辐射源的准确识别,确定问题的源头所在。
其次,对电磁干扰的传播路径进行分析,了解其传播方式和途径。
最后,深入研究受影响的敏感设备或系统,明确其易受干扰的特点和关键因素。
通过快速锁定这三大要素,我们能够更加高效地定位EMC辐射发射问题。
针对问题源头,可以采取有效的屏蔽、滤波等措施;针对传播路径,可以进行合理的布线和防护;针对敏感设备,可以增强其抗干扰能力。这样的方法不仅提高了问题解决的效率,还为后续的改进和优化工作提供了有力的支持。
在面对复杂的EMC辐射发射问题时,快速准确地锁定这三大要素至关重要,它将帮助我们更好地应对挑战,确保电子设备和系统的稳定运行。
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