电磁兼容性问题分析和整改方案

韬略科技EMC 2024-11-06 616

描述

一前言

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。

二背景以及问题分析

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。

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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。

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。

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）。

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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。

三整改方向

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）

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数据对比图如下：

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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）。

四总结

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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