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某產品敏感源頭電容濾波解決輻射抗擾度案例

西安容冠電磁科技有限公司 桃花島主

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問題描述

某機載平板電腦（見圖1）在進行RS103 200V/m電磁場輻射抗擾度實驗時，產品在150MHz-300MHz頻段出現屏幕回退現象，即從正常顯示回退到操作界面，如圖2所示。

圖1 正常放映

圖2 屏幕回退

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故障診斷

打開機殼，產品后蓋為金屬外殼，顯示屏為非屏蔽普通觸摸屏，另為手持設備采用電池供電，無I/O接口線纜。初步懷疑電磁場輻射通過屏幕開口耦合到內部電路。產品由顯示屏、主板、觸摸屏、按鍵板四部分構成，其中，按鍵板、以太網USB接口與主板都通過排線連接，長度在100mm以上，在排線上加扁平鐵氧體磁環排查，如圖3所示。

圖3 排線加扁平磁環

當按鍵排線和以太網USB排線加扁平鐵氧體磁環后，再次測試電磁場輻射抗擾度，試驗通過。初步確認為排線耦合的干擾導致問題。

進一步確認，拔掉按鍵排線，同時去掉以太網排線磁環，再次進行200V/m電磁場輻射抗擾度試驗，此時產品工作正常，如圖4所示。反之，當拔掉以太網排線插上按鍵排線時，抗擾度問題復現，因此，確認為按鍵排線受到輻射干擾導致產品出現輻射抗擾度問題。

圖4 拔掉按鍵排線

使用EMS抗干擾診斷整改系統（容冠電磁）進行診斷，連接好脈沖發生器和磁場探頭，在芯片（核心板）各管腳注入磁場干擾，如圖5所示。當探頭置于核心板左側部分時，此時故障會偶爾復現，如圖6所示。

圖5 磁場注入

圖6 核心板敏感部位

將探頭換成針式探頭，如圖7所示。直接在確認的核心板敏感部位對核心板芯片各管腳注入電磁干擾，如圖8所示，當探頭置于按鍵各管腳時，此時故障可以復現，因此確認按鍵信號受到干擾。

圖7 針式探頭

圖8 使用針式探頭直接注入

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原因分析

按鍵信號電路流程如圖9所示。

圖9 按鍵信號流程

按鍵板主要是控制音量加減、返回、菜單、主頁；核心板內部包含處理器，提供屏幕顯示、數據處理等功能，類似手機主板。因此，按鍵排線耦合的干擾，可以直接進入核心板，干擾處理器。

查看按鍵板和主板原理圖中的按鍵信號，分別如圖10和圖11所示，從圖中可以看出，按鍵信號從按鍵板經過排線進入主板，然后到核心板按鍵管腳，整個鏈路沒有任何電磁干擾濾波措施，那么，按鍵排線耦合的電磁場輻射干擾，可以直接通過排線到達核心板處理器，從而引起電磁干擾問題。

圖10 按鍵板按鍵信號

圖11 主板按鍵信號

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整改措施

根據以上分析，考慮到產品在150MHz-300MHz頻段受到干擾，因此，在芯片按鍵管腳焊接330pF濾波電容，其諧振頻率大約在300MHz，如圖12所示。

圖12 核心板按鍵管腳加330pF電容濾波

整改后再次使用E1抗擾度診斷整改系統進行驗證，此時在敏感信號管腳注入電磁干擾，屏幕回退問題不再復現。

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實踐效果

將產品拿到標準實驗室進行200V/m電磁場輻射抗擾度試驗，此時產品在整個頻段工作正常，實驗通過。

【島主點評/點睛】

產品I/O接口是EMC測試的重點考察對象，也是很多產品EMC問題的罪魁禍首，毫不夸張的說，產品EMC成也I/O接口敗也I/O接口，然雪上加霜的是，目前很多處理器出現了直通I/O的信號，使得產品EMC問題更加復雜化，嗚呼，還讓工程師活不活！本案例產品輻射抗擾度問題，經過縝密的診斷和分析，為I/O信號線耦合電磁干擾進入處理器所致，后通過在處理器端I/O信號加電容濾波成功化解。本文的方法和思路，如同暗夜里的一道光芒,不啻給此類問題的解決指引了方向，聽君撥云見日，頓感茅塞頓開。

審核編輯 黃昊宇