Wie man ein EMC-Problem debuggt?

Zum ersten Mal während meiner gesamten Ingenieurkarriere war ich letzte Woche in einem EMC-Labor. Mein Design hat die FCC-Anforderungen nicht erfüllt. Das Board verwendet eine 25-MHz-Uhr und wir haben bei 500 MHz versagt, aber ich kann auch sehen, dass andere Harmonische hoch sind. Es stellt sich heraus, dass ein Stecker mit einem ungeschirmten Kabel als Antenne fungiert und uns ausfällt, aber ich vermute, dass das Problem tiefer liegt. Ich kann wahrscheinlich das Kabel abschirmen und passieren, aber das fühlt sich wie eine Pflasterlösung an. Wie kann ich das tiefere Problem verfolgen, ohne Zugang zu einem vollständigen Labor zu haben? (Jeder Tag im Labor kostet ca. 3k). Ich bin speziell auf der Suche nach Ratschlägen zur Fehlerbehebung und nach Methoden zur Überprüfung oder Verfolgung des Problems ohne Labor, aber mit einem Low-End-Spektrumanalysator.

Sie können relative Messungen mit einem Spektrumanalysator durchführen. Ohne einen ordnungsgemäß eingerichteten kalibrierten Testbereich können Sie keine absoluten Messungen durchführen, müssen dies aber auch nicht.

Sie müssen sehr vorsichtig sein, dass alle Messungen, die Sie durchführen, wiederholbar sind. Wenn ich das getan habe, habe ich die Empfangsantenne, die den Spektrumanalysator unter dem Tisch speist, abgeklebt, den Zuleitungsdraht darauf abgeklebt, mit Klebeband genau dort markiert, wo sich das zu testende Gerät auf dem Tisch befindet, und alle abgeklebt Kabel zum Gerät, die zum Testen erforderlich sind.

Wenn Sie ein wiederholbares Setup haben, nehmen Sie eine Reihe von Messwerten als Basis und notieren Sie die Ergebnisse oder zeichnen Sie sie auf andere Weise sorgfältig auf . Moderne Geräte bieten die Möglichkeit, Daten auf Ihren PC zu übertragen, wo Sie sie speichern können. Aber auch ein altmodisches Bild des Analysatorbildschirms kann gut genug sein.

Sobald Sie eine Basislinie haben, können Sie Änderungen vornehmen und die relativen Ergebnisse anzeigen. Erwarten Sie nicht, dass die Änderungen später im kalibrierten Testbereich genau den gleichen relativen Effekt haben. Wenn Sie jedoch bei einer bestimmten Frequenz 3 dB höher sind und diesen Peak um 15 dB senken, sind Sie in Ordnung. Ihre Messungen werden im Nahfeld durchgeführt, aber in der Praxis spielt das keine Rolle. Wenn mindestens 3 dB ein Slop sind, möchten Sie alle störenden Peaks um mindestens 3 dB mehr senken, als es der ursprüngliche Test vorschreibt. 6 dB ist viel besser. Möglicherweise können Sie die meisten Peaks mit nur wenigen grundlegenden Änderungen um 15 dB oder mehr senken.

Der beste Weg, um EMI-Probleme zu vermeiden, besteht darin, dies zunächst zu entwerfen. Das Wichtigste, was Sie tun können, ist eine gute Erdungsstrategie. Eine allgegenwärtige Grundebene ist gut, aber nicht, wenn jede kleine Verbindung zur Grundebene führt. Dann haben Sie eine mittig gespeiste Patchantenne. Halten Sie lokale Hochfrequenzschleifenströme lokal und außerhalb der Haupterdebene.

Eine andere naheliegende Sache ist es, kleine Kondensatoren an der Hauptmasseebene aller Signale anzubringen, die von der Platine ausgehen, genau dort, wo sie die Platine verlassen. Manchmal ist dies aufgrund der Art der Signale oder der erforderlichen Isolierung nicht möglich, aber selbst einige 10 s pF können einen großen Unterschied machen. Viele Signale können dies tolerieren, da die meisten Kabel sie ohnehin mehr als dem aussetzen.

Strahlungsrauschen ist in der Regel Gleichtakt, daher können Baluns bei Differenzsignalen sehr hilfreich sein. Aus diesem Grund verfügen die meisten Ethernet-Transformatoren beispielsweise über Baluns auf den netzwerkseitigen Paaren. In diesem Fall möchten Sie aufgrund der Isolationsanforderungen keine Kappen zur Erdung verwenden, aber die in die Transformatoren eingebauten Baluns leisten normalerweise trotzdem gute Arbeit.

Um zu testen, ob Emissionen als Gleichtaktsignale an einem Kabel austreten, klemmen Sie einen Ferrit um das Kabel und prüfen Sie, ob dies die Spitze verringert. In diesem Fall liegt ein Gleichtakt-Emissionsproblem an diesem Kabel vor.

Es könnten ganze Bücher darüber geschrieben werden, also gibt es zu viel, um hier darauf einzugehen. Suchen Sie sich jemanden, der dies schon einmal durchgemacht hat, um Ihnen diesmal zu helfen. Seien Sie darauf vorbereitet, dass die Antwort eine Neulage mit berücksichtigten HF-Emissionen bedeuten kann. Sie können bisher nur ein schlechtes Layout bandaid.

Zunächst sollten Sie herausfinden, ob es sich bei der Interferenz um einen Gleichtakt oder ein Differentialmodell handelt. Es ist wahrscheinlich Gleichtakt bei diesen Frequenzen. Ich würde mit verschiedenen Teilen der Schaltung spielen, indem ich die Flanken der schnell schaltenden Wellenform verlangsame, bis Sie eine Änderung in der Ausgabe des Spektrums sehen. Sie könnten mit einem Zielfernrohr in der Schaltung herumschnüffeln und nach Rining bei dieser Frequenz suchen. Zu verstehen, woher die Störung kommt, kann oft auf eine Lösung hinweisen. Es ist wichtig, die Interferenzmechanismen zu verstehen, um herauszufinden, ob sie technisch / wirtschaftlich reparierbar sind.