VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析

我们是做汽车电子产品的,此次分享的这个案例是针对车厂EMC CISPR25 CLASS3基准而进行整改的案例。
我们根据车厂要去在进行EMC辐射实验的时候,当做到了VHF频段(142-175Mz)的时候,发现了144MHz这个频点超出限值的要求。
144MHz 限值要求:27dB以下  实测数值:30.07dB  超出限值 3.07dB
  
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
   
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
图1
      图1所示为我公司产品的外部接续图,分别外挂了电源线/USB线/GPS Radio线/倒车影像线/MIC线束,由于VHF频段(142-175Mz)的辐射频段范围属于1G以下,根据CISPR 25的要求这个频段的测试,天线应该是对准harness延长线束的,所以我们第一步想到noise的来源可能是通过线束传导后对外辐射出的,为了找到噪音源我们将相关线束以连接与非连接的方法进行排除测试,来判断noise的来源。
 
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析图2
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
                                                               图3
(MIC线束非连接状态下的测试结果)
根据图3的检证结果,我们可以得出MIC线束非连接状态的时候是有很大改善的,和限值相比较的话,有很大的富裕量。我们推测noise有可能是通过MIC线束辐射出来的,后续根据MIC连接器以及所涉及到回路,我们继续进行深入的调查。
    
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                                                               图4 
   图4所示为MIC回路的block图,根据图1最初的测试结果来看,这种有规律的noise的发生,我们尝试首先从MIC检知控制信号入手分析,是否此信号的基板走线和其他的信号重叠或者交叉导致串扰的发生,进而导致了nosie的发生。
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        图5为我们的PCB基板示意图,用红色粗线描绘出了MIC检知信号从连接器端口进入到主芯片的路径,在这段路径上我们发现MIC检知信号与I2S的通信信号有一段是在基板内层平行交叉的,根据通常的设计经验来看,两组信号走线的时候需要避免交叉的,即使平行走线的话也需要确保有0.5mm的距离间隔,上述走线并没有遵循这个基准。
我们知道在基板走线密度很高时串扰的影响尤其严重。线性无源系统满足叠加定理,如果受害线上有信号的传输,串扰引起的噪声会叠加在受害线上的信号,从而使其信号产生畸变。串扰形成的根源在于耦合。在多导体系统中,导体间通过电场和磁场发生耦合。这种耦合会把信号的一部分能量传递到邻近的导体上,从而形成噪声。本次不良我们认为可能是发生了容性耦合,走线之间的电容与走线之间的间距密切相关,当间距减小(甚至重合的时候),耦合电容迅速增大,进而耦合作用急剧增加,
为了验证这个噪音是否是由于平行交叉走线造成的串扰,我们使用频谱分析仪对图5的三个位置进行了测试,根据测试结果很好的验证了我们的推测,没有与I2S交叉的地方144MHz noise的辐射数值很低(5dB左右),交叉位置以及交叉后的走线位置144 MHz的辐射量分别达到了(30dB和20dB左右),
 
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
                                                                图6
如图6所示,噪音源的来源有可能是主芯片周边的晶振工作时候所产生的倍频导致的。由于产品已经到了小规模量产的阶段,很多的认证实验以及信赖性实验也都进行完了,这个阶段如果改动基板走线的话,成本相对会很高,我们想尝试着看看可否在连接器附近追加电容把这个噪音源滤除掉,于是我们进行了仿真实验。
 
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
                                                                 图7
如图7所示,我们在连接器侧,之前基板上有个预留的未实装的电容位置上追加了100pF的贴片电容,从仿真效果来看有了20dB的改善,我们进一步又通过频谱分析仪进行了再次确认,实测结果来看有了18dB的改善效果。
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
           100p追加前       
VHF频段的EMC辐射限值超标的对策解析
    100p追加后
       作为副作用检证我们又对通信波形进行了测试,满足规格值要求,同时变更前后没有劣化。顾客拿到样机后,针对CISPR 25又重新进行了测试,从反馈的结果来看,VHF这个频段144MHz noise的问题得到了解决(6dB以上余量确保)。

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