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兩個EMC抗干擾的經典案例

從輻射角度總結來說,形成天線效應的可能有三種情況;從輻射抗干擾角度來說,單極子天線和環形天線需要重點尋找及關注,定向的找到這些等效天線或許就能解決問題。

下面以兩篇案例介紹:

1.手持抗干擾測試中發現攝像頭出現了卡死現象。   

現如今的攝像頭多是單端同軸信號線,相對于之前的差分信號傳輸,無論是從抗干擾角度還是輻射角度,都增加了挑戰。在一次手持天線抗干擾實驗中,頻率為1.2GHz左右時,在如下位置發現有個攝像頭出現了卡死。

當實驗的測試點位于連接器處時,反而沒有這個問題,說明通過線束輻射干擾攝像頭傳輸的概率很小,大概率是通過板內的其他天線信號引入,干擾了攝像頭信號。

首先檢查了該處有無可能的天線,發現當時為了debug方便,將MCU的UART串口線通過該塑料外殼引了出來,如下圖所示

為了驗證猜想,我們將該UART串口線束拔除了,重新測試了多次,發現沒有出現攝像頭卡死現象;再將UART串口線束接上,再重新測試幾次,發現每次都會出現卡死現象。可以確認干擾信號通過該串口線束引入產品,干擾了攝像頭信號。

2.在做RI輻射抗干擾測試中,在200MHz-1GHz時,包括400MHz,800MHz,250MHz等多個頻點出現了USB斷連現象。因為1GHz以下是針對線束進行實驗的,我們首先懷疑干擾信號通過該USB線束進入,干擾了USB信號。

當時為了提高驗證速度,首先從軟件角度來改善該問題,我們通過增強USB驅動增益和提升斷聯閾值,發現有的頻點可以通過,但是有的頻點無法通過實驗,沒有找到問題的癥結所在。但是在實驗中發現一個有趣的現象,金屬U盤穩定不過,塑料U盤有時候能過,有時候過不了。相對塑料U盤,金屬U盤的屏蔽性應該更好才對,于是我們用萬用表測量了信號GND和外殼的導通性,奇怪的是,金屬U盤的外殼跟信號GND不通,塑料U盤的外殼跟信號GND反而是通的。

這一點完全顛覆了以前的想法,查閱了相關資料發現金屬U盤的外殼跟信號GND不連接主要是考慮當人手帶靜電時,靜電的信號會從外殼導入干擾到信號GND,進而引起USB通信異常;而塑料U盤,因為是塑料外殼,存在一定的爬電距離,能夠抵抗一定的靜電干擾。

而我們的USB2.0線束通常是屏蔽層并沒有跟信號GND相連,而USB3.0的線束通常是屏蔽層跟信號GND相連。鑒于此,如果用USB2.0線束接金屬U盤,由于金屬U盤外殼不跟信號GND相連,那么對于此時的USB屏蔽線束而言,就是單端接地,犧牲了屏蔽效能,但是能夠阻擋靜電干擾;如果接塑料U盤,那就是。兩端接地,屏蔽效能更加好。基于以上分析,可以解釋為什么塑料U盤的測試結果會更加好了。而USB3.0由于速率更高,對于屏蔽效能的要求更加好,而且USB信號通常也會增加ESD管,綜合考慮,都是兩端接地。

解釋了塑料U盤跟金屬U盤的差異,雖然說明了為什么塑料U盤效果更加好,但是仍然沒有解決問題。但是從塑料U盤跟金屬U盤的差異結果,我們推斷問題應該是出在線束的屏蔽效能上,聯想到之前關于屏蔽層豬尾巴的問題,將屏蔽線束撥開,發現真的出現了豬尾巴效應。豬尾巴效應,從天線角度可以理解為,USB信號在傳輸時,雖然是單端接地,但是由于USB 的信號頻率可以達到240MHz,也可以通過容性耦合通過屏蔽層形成環路,如果外殼跟屏蔽層的接觸阻抗較高,那么會形成共模干擾,其實也就是環路面積增大,即環形天線的面積增加,會更加耦合干擾;從抗干擾角度來說,干擾信號通過屏蔽層泄放干擾時,由于阻抗較高,形成電壓差,屏蔽層也會形成單極子天線,形成二次干擾,干擾USB信號傳輸。

鑒于此,我們用銅箔將屏蔽層跟type A接口360°環接

再次復測實驗,發現不論是用金屬U盤還是塑料U盤,都可以穩定通過實驗。

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