如何避免来自产品本身的EMI干扰

每个制造商似乎都希望在新的和现有的移动，家庭，工业，科学和医疗产品中添加某种形式的无线功能。这种“物联网”的趋势正在全面展开，随之而来的是EMI的问题。也就是说，来自产品本身的EMI会干扰敏感电话，GPS/GNSS和Wi-Fi/蓝牙接收器。这被称为“平台干扰”，对于制造商而言这是一个大问题。

大多数基于数字的产品会产生大量的板载射频“噪声”(电磁干扰)，这通常不会打扰数字电路本身但是，来自数字时钟，高速数据总线和板载开关模式电源的谐波能量很容易对700到950 MHz的手机频段造成干扰，导致接收器“灵敏度降低”(接收器灵敏度降低)。为了使用各种移动电话服务(Verizon，ATT，Sprint，T-Mobile和美国其他公司)，制造商必须根据CTIA标准通过非常严格的合规性测试。这种板载数字噪音通常会延迟数周或数月的产品推出。

我的最后三位客户都遇到了平台干扰问题，这些问题使得他们的产品在重新设计完成之前一直不在市场上。在本文中，我将展示这种噪音的样子，如何测量它并提出一些补救措施。

示例

首先，让我们来看一下典型的产品。出于保密目的，详细信息仍然是一般性的。该板包括一个USB端口，其数据最终通过各种移动电话系统传输，具体取决于出厂配置。

图1 - 一般PC板噪声特性的测量设置。通常的近场探头最常用于缩小噪声产生的范围并表征产生的噪声类型。在这种情况下，高频电流探头用于测量USB电缆谐波。

图2 - 有两种常见类型的高频谐波;窄带(在水中痕迹)和宽带(紫色痕迹)。黄色迹线是测量系统的环境噪声水平，并且始终是一个好主意。

有两种常见类型的高频谐波图;窄带和宽带。图2显示了差异。通常，DC-DC转换器或数据/地址总线数据将显示为具有多个共振峰的非常宽的信号(图2中的紫色迹线)，而晶体振荡器或高速时钟将显示为一系列窄尖峰(水中痕迹)图2)。除非产品的设计符合EMC标准，否则这两种类型的信号都可以很好地向手机频段辐射或传导高频能量。

图3 - 测量产生的噪声通过板载DC-DC电源转换器。无线电模块位于电路板的最右端。

图4 - 测量位于无线电附近的DC-DC电源转换器的噪声模块。

测量类型

我建议通常有两种类型的测量。第一个有助于表征电路板区域的一般噪声曲线(DC-DC转换器，时钟总线，处理器，RAM和任何其他潜在的高频设备。此测量取自至少1到1000 MHz，以便表征一般光谱曲线，以及是否有任何能量延伸到所关注的接收器通带(图5)。对于其他移动电话和/或GPS/GNSS，您需要高达2 GHz。对于Wi-Fi，你需要看到高达2.5或5.4 GHz。分析仪使用最大保持模式来建立最大光谱幅度。

图5 - 在此例如，我们正在寻找30 MHz至1.5 GHz的频率来概括表征几个板载DC-DC转换器的频谱发射特性。两者都可能对700至950 MHz区域内的移动电话频段造成干扰。紫色迹线的一个比环境噪声水平高30 dB。

我建议的下一个测量是看ju接收器(下行链路)频段。您可能需要一个至少增加30 dB的外部宽带前置放大器，以便清楚地观察到的侵入噪声(如果有的话)。我通常也打开20 dB内置前置放大器。我使用Beehive Electronics外部放大器，频率范围为100 kHz至6 GHz，但还有许多其他公司，如Aaronia，Rohde& Schwarz和Keysight销售具有低噪声系数的高增益宽带前置放大器。您可能需要在屏蔽室内进行这些测量，以排除其他移动电话传输中断您的测量。实例显示在图6,7和8中

图6 - 在手机频段的接收器通带内测量两个噪声源(浅绿色和紫色迹线)。黄色迹线是环境测量。

图7 - 接收器通带内的以太网谐波(紫色迹线)。

图8 - 在这种情况下，噪声(紫色迹线)是脉动的，并使用频谱分析仪上的最大保持模式捕获。它比环境噪声水平高10 dB。

补救检查表

正如我所提到的，产品设计必须考虑到EMC并且不应切割任何角落。这将包括：

近乎完美的PC板布局

过滤DC-DC转换器

过滤任何高频设备

过滤无线电模块

高噪声区域周围的局部屏蔽

可能屏蔽整个产品

正确放置天线

PC板布局至关重要，是您应付的大部分工作。八层或十层叠层将提供隔离电源，模拟，数字和无线电部分的最大灵活性，并提供多个接地返回平面，这些平面可以围绕板边缘缝合在一起以形成法拉第笼。必须注意避免部分之间的返回电流污染。无线电部分的电源平面应与数字电源平面隔离(通过窄桥除外)。这可以在数字电路和无线电之间提供高达40 dB的隔离。

电源和接地返回平面位于相邻层上并且最多相距3-4密耳至关重要。这将提供最佳的高频旁路。时钟或其他高速走线应避免通过太多过孔，并且不应更改参考平面。

电源部分应与敏感的模拟或无线电路(包括天线)完全隔离。注意主要和次要电流回路及其返回电流。这些返回电流不应与数字，模拟或无线电电路共享相同的返回平面路径。请记住，返回电流希望直接返