邵 鄂，寧 博

（賽寶質(zhì)量安全檢測中心，廣州 510610）

某前置放大器騷擾功率測試不合格整改案例

邵 鄂，寧 博

（賽寶質(zhì)量安全檢測中心，廣州 510610）

介紹了某前置放大器在電子產(chǎn)品認(rèn)證中經(jīng)常遇見的騷擾功率測試項(xiàng)目，重點(diǎn)從PCB板級電路EMC設(shè)計(jì)方面進(jìn)行測試不合格原因分析，并給出整改對策。并由此案例引出電子產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)，以圖能給電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師提供參考，使其能以較高概率一次性通過產(chǎn)品認(rèn)證。

騷擾功率；PCB板級電路；電磁兼容設(shè)計(jì)；產(chǎn)品認(rèn)證

引言

為了減小電磁干擾所造成的危害，提高電磁兼容性能，保護(hù)人身健康，設(shè)備安全和電磁環(huán)境，以及保護(hù)用戶和消費(fèi)者的利益，電子產(chǎn)品在面市前均需進(jìn)行相關(guān)的產(chǎn)品認(rèn)證。其中，聲音和電視廣播接收機(jī)及直接與聲音或電視接收機(jī)相連的設(shè)備，或能夠產(chǎn)生或重現(xiàn)音頻或視頻信息的設(shè)備需進(jìn)行騷擾功率測試。通常情況下，為了縮短測試時間和節(jié)省場地花費(fèi)，國內(nèi)大部分認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行騷擾功率測試均采用吸收鉗測量法（ACMM）。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)頻率超過30 MHz時，設(shè)備所產(chǎn)生的大部分能量是由靠近設(shè)備電源線及其他電纜向外輻射，ACMM對具有一個或多個引線作為主要輻射騷擾源且尺寸比最高測量頻率波長的1/4小得多的EUT單元測試結(jié)果是十分精確的。因此，ACMM最適合用于小型EUT在30-300 MHz頻率范圍騷擾功率的測量。

本文以一種典型的音頻設(shè)備-某前置放大器騷擾功率測試為例，詳細(xì)介紹騷擾功率測試不合格原因分析、整改措施，最后給出此類電子產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

1 產(chǎn)品及不合格現(xiàn)象描述

某前置放大器，主要用于錄制麥克風(fēng)聲音，線性或者樂器音源。其中，麥克風(fēng)和線路音源設(shè)備連接到后置面板，樂器直接插在前置面板上，前后面板擁有INSERT、EXT I/P、CUE MIX、DI O/P、MAIN O/P、LINE I/P、MIC I/P、Phones、Amp、DI等輸入輸出端口，其端口之多，功能也相對復(fù)雜，很難一次性通過騷擾功率測試。鑒于GB/T 13837-2012[1]、GB/T 6113.202-2008[2]和GB/T 6113.103[3]對試驗(yàn)信號、工作條件、測量方法和測量裝置均有要求，本文由于篇幅有限，這里不再詳述。

下面直接給出騷擾功率不合格測試結(jié)果，如圖1所示：

從圖1測試曲線來看，騷擾功率測試項(xiàng)目在64 MHz、72 MHz和80 MHz三點(diǎn)超標(biāo)比較嚴(yán)重，其中72 MHz超標(biāo)幅度已過10 dB。

2 原因分析

由圖1所知，超標(biāo)情況基本上都是一根根單一的頻點(diǎn)，在64 MHz、72 MHz和80 MHz超標(biāo)比較嚴(yán)重。因此可初步認(rèn)為，超標(biāo)是由于產(chǎn)品內(nèi)部存在窄帶的騷擾源、PCB板級電源不干凈、信號輸入輸出端口濾波不夠充分、存在較長電纜等原因造成。需要進(jìn)一步檢查前置放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和PCB布局、布線才能判斷究竟是何原因。

筆者拆開前置放大器外殼發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部主要由開關(guān)電源、信號處理板、信號接口板以及顯示控制板三大模塊構(gòu)成。不出前面所料，該產(chǎn)品內(nèi)部確實(shí)存在8 MHz的晶振（窄帶騷擾源）、交叉且較長的互連電纜、PCB密集的平行排線、信號處理板的+5 V電源線布在PCB邊沿等。這樣，就滿足了產(chǎn)生輻射發(fā)射的三個條件，即，干擾源-8 MHz晶振；耦合途徑-PCB印制線；天線-交叉較長的線纜。

2.1 干擾源-8 MHz晶振

晶振作為數(shù)字電路時序的基準(zhǔn)，幾乎在任何一個電子產(chǎn)品內(nèi)都可見到。它作為天然的騷擾源，上升沿/下降沿通常比較陡峭，其有效帶寬往往幾十兆，甚至幾百兆赫茲（工程上一般認(rèn)為其有效帶寬約為1/π tr，其中tr為信號上升時間）。經(jīng)筆者測試，8 MHz晶振上升沿/下降沿約10 ns，有效帶寬約32 MHz。倘若晶振附近的布局、布線處理不當(dāng)，能量極易通過PCB印制線、外部互連線纜發(fā)射出去。從圖2可見，信號處理板的頂層晶振附近未敷銅（地），鏡像地平面也非完整，因此，增大了信號對地回流阻抗。

2.2 耦合路徑-PCB印制線

如圖2所示，圈出來的位置為信號處理板8 MHz無源晶振位置，它鄰近區(qū)域存在較長的+5 V電源線、密集的平行排線，它們往往容易充當(dāng)電磁波發(fā)射、接收天線。（工程上，一般認(rèn)為印制導(dǎo)線的長度跟導(dǎo)線中信號頻率對應(yīng)波長λ的1/20相比擬時，印制導(dǎo)線即成為發(fā)射、接收天線）。這樣，勢必會增大晶振通過空間把能量耦合到PCB印制線，線與線之間相互串?dāng)_的風(fēng)險。另外，+5 V電源線布置在PCB邊沿，不滿足電源內(nèi)縮20 H原則[4]（工程經(jīng)驗(yàn)值：20 H可以將70 %的電場限制在接地層邊沿內(nèi)）。如圖3所示，由于磁通之間的連接，RF電流存在于電源平面的邊緣時，當(dāng)使用高速的數(shù)字邏輯信號，時鐘信號時，電源線/平面上會耦合RF干擾電流，產(chǎn)生“邊緣輻射”效應(yīng)，將能量輻射到空間中。

2.3 發(fā)射天線-交叉較長的線纜

由于產(chǎn)品內(nèi)部存在較多交叉、較長的互連電纜，且電纜大部分為非屏蔽電纜。因此，這些線纜成了有效的輻射發(fā)射、接收天線。

圖1 30-300MHz騷擾功率初測結(jié)果

圖2 信號處理板TOP和BOTTOM層

3 整改措施

3.1 騷擾源整改

將8 MHz無源晶振兩端分別串聯(lián)一個22 Ω，0603的貼片電阻，并聯(lián)一個20 pF的0603的陶瓷電容。如圖4所示，晶振經(jīng)過RC濾波處理后，上升沿/下降沿減緩不少。

3.2 電源線整改

前置放大器，用于處理音頻信號，電源紋波大小嚴(yán)重影響到音質(zhì)。從圖2所知，電源線在PCB邊沿、且較長，濾波也不夠，如圖5所示，每隔一定距離增加一個0.1 uF的電容對地濾波，濾出電源線上的高頻成分。

電源濾波后重測結(jié)果如圖6所示。

由圖6所知，晶振、電源濾波處理后，整個頻譜的包絡(luò)有所下降，64 MHz、72 MHz、80 MHz頻點(diǎn)幅值下降不少，但是裕量不夠大。

3.3 互連線纜整改

如圖7所示，按照信號流向梳理線纜走向，避免線纜交叉；選擇厚度較厚、尺寸較大的磁環(huán)，盡量在互連電纜兩端套上2-3圈的鐵氧體磁環(huán)線圈。

經(jīng)過以上的3方面整改措施之后，窄帶騷擾幅值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限值了，重測結(jié)果如圖8所示。

圖3 電源內(nèi)縮20 H

圖7 互連電纜處理示意圖

圖4 晶振濾波前后波形

圖6 電源濾波后重測結(jié)果

圖8 30-300 MHz騷擾功率重測結(jié)果

4 結(jié)束語

EMC輻射問題是一個“過程問題”，即，必須同時具備存在騷擾源、耦合路徑和發(fā)射天線，才會產(chǎn)生EMC輻射問題。往往EMC整改也只能從這三要素入手。切斷任何一個要素，便不會產(chǎn)生EMC輻射問題，但從整改的技術(shù)難度來說，一般找到騷擾源比較容易，處理起來卻比較棘手。從整改的可行性來說，通常也只能從耦合途徑和天線兩方面采取相應(yīng)措施，來避免產(chǎn)生輻射發(fā)射問題。對信號質(zhì)量要求較高的電子產(chǎn)品，諸如像音頻放大器，若想一次性通過電磁兼容產(chǎn)品認(rèn)證，順利取得證書。必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，尤其是板級電路的EMC設(shè)計(jì)。為了給相關(guān)廠家提供設(shè)計(jì)上的幫助，對本文整改進(jìn)行總結(jié)，可以得出以下具體結(jié)論：

1）晶振附近布局布線，盡量與其保持較遠(yuǎn)距離，其鏡像位置，盡力保持地平面的完整性；

2）電源布線對于回流地平面應(yīng)遵守“20 H”內(nèi)縮，電源布線盡量保持“直、短、粗”原則，電源濾波要充分；電源平面須避免大量過孔形成的裂縫或開槽。

3）平行排線布線至少遵守“3 W”原則，互連電纜需盡量采用屏蔽電纜，按照信號流向進(jìn)行布局，連接時遵守“短、直、不交叉”原則。

［1］GB 13837-2012，聲音和電視廣播接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備無線電騷擾特性限值和測量方法［S］.

［2］GB/T 6113.202-2008，無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范 第2-2部分：無線電騷擾和抗擾度測量方法 騷擾功率測量［S］.

［3］GB/T 6113.103-2008，無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范 第1-3部分：無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備輔助設(shè)備 騷擾功率［S］.

［4］江思敏.PCB和電磁兼容設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006，3.

邵鄂（1986.11-），男，畢業(yè)于電子科技大學(xué)，碩士學(xué)位，工程師職稱。現(xiàn)任工業(yè)和信息化部電子第五研究所質(zhì)量安全檢測中心電磁兼容室工程師，主要從事電磁兼容檢測、設(shè)計(jì)與對策等研究工作。

圖3 某型無人機(jī)機(jī)載設(shè)備溫度曲線

參考文獻(xiàn)：

［1］祝小平，等.無人機(jī)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［2］GJB 150，軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法［S］.

［3］GJB 150，軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法［S］.

作者簡介:

孫敏 ，63876部隊(duì)工程師，從事環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

葛慶慶 ，63876部隊(duì)，助理工程師，從事環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

Unqualifi ed Rectifi cation Case for Disturbance Power Test of A Pre-amplifi er

SHAO E，NING Bo
（CEPREI，Guangzhou 510610）

This paper describes a certain preamplifier’s measurement of disturbance power during electronics product certification.Firstly，from the perspective of the PCB board-level circuit，it analyzes the test failure causes.Then，it gives related corrective measures and verifies their effect.Finally，it summarizes the EMC design precautions in electronic product design in order to offer some

for engineers so that the products can have high probability to obtain product certification.

disturbance power；PCB board-level circuit；EMC design；product certification

TN609

B

1004-7204（2015）06-0019-04