邵 鄂（賽寶質量安全檢測中心，廣州 510610）

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云桌面終端電源端傳導騷擾和輻射騷擾整改案例

邵 鄂
（賽寶質量安全檢測中心，廣州 510610）

摘要：某云桌面終端在進行中國強制性認證（CCC）時，電磁兼容試驗項目電源端傳導騷擾、輻射騷擾測試均出現(xiàn)超標現(xiàn)象。將重點從PCB板級電路EMC設計方面剖析其測試不合格原因，并給出相應的整改措施，最后對此案例進行總結，給出類似電子產品在PCB設計時的注意事項，以期能給PCB設計工程師提供一些參考意見。

關鍵詞：CCC認證；電磁兼容；PCB板級電路；PCB設計

引言

隨著信息技術的發(fā)展，基于“遠程桌面”和“虛擬桌面”兩項技術的云桌面終端在國內一些大公司越來越流行。遠程桌面是在PC機內置RDP（Remote Desktop Protocol）協(xié)議，使得用戶能夠在本地無需安裝任何應用的條件下，從其他的電腦上遠程登錄、訪問與使用目標桌面，它將目標機上運行界面?zhèn)鬏數(shù)接脩魧嶋H的操作機屏幕上，并將鍵盤，鼠標等一系列的外設輸入，傳輸?shù)侥繕藱C，實現(xiàn)交互；虛擬桌面，是一種基于服務器的計算模型，并借助云終端，讓管理員與用戶能同時獲得兩種方式的優(yōu)點：將所有桌面虛擬機在數(shù)據(jù)中心進行托管并統(tǒng)一管理；同時用戶可以通過云終端在局域網或者遠程訪問獲得與傳統(tǒng) PC 一致的用戶體驗。本文圍繞某云桌面終端產品進行中國強制性認證（China Compulsory Certification，CCC）電磁兼容試驗項目-輻射騷擾、電源端子騷擾電壓測試，將重點從PCB板級電路電磁兼容設計方面分析其測試不合格原因并給出整改對策，最后總結出相關電子產品PCB板級電路電磁兼容設計的注意事項。

1　產品及不合格現(xiàn)象描述

某桌面云終端，塑料外殼，內部有一塊PCB，由適配器將市電AC220 V/50 Hz轉換為DC+5 V供電，內部PCB主要特點如下：

1）6層PCB，疊層設計為：S→G→P→S→G→S；

2）PCB尺寸有限，元器件布局較密集；

3）集成有LAN、USB、Micro USB、VGA、HDMI、MIC等接口；

4）模數(shù)混合，存在高速的DDR3內存模塊，數(shù)字電路通信速率上百兆赫茲。

關于測試布置、測試要求及測試方法詳見GB 9254-2008[1]。電源端子騷擾電壓、輻射騷擾測試不合格曲線見圖1和圖2。

從圖1可知，150 kHz～2 MHz測試曲線的整個包絡都比較高，并且在低頻段超標較嚴重，尤其在740 kHz頻點超標已約13 dB。

從圖2可知，30～1 000 MHz測試曲線整個包絡比較低，僅僅出現(xiàn)幾根毛刺狀的單一超標頻點，其中108 MHz頻點處，輻射發(fā)射超標約6 dB。

圖1　電源端子騷擾電壓測試結果

2　原因分析

2.1 電源分析

電源端子騷擾電壓測試實質是接收機的輸入阻抗（50 Ω）與人工電源網絡（LISN）中的1 kΩ電阻組成的并聯(lián)電阻（約50 Ω），在被測設備沿電源線反饋回LISN在其兩端的取樣電壓。根據(jù)圖1測試曲線所知150 kHz～2 MHz整個包絡比較高，說明云桌面終端+5 V電源存在低頻150 kHz～2 MHz的干擾信號，至于是適配器由AC轉DC產生的干擾信號，還是云桌面終端PCB板上耦合的干擾信號，需進一步驗證才能確定。

2.2 PCB板Layout分析

PCB設計是否合理，在很大程度上決定了電子產品能否通過EMC要求。如元器件的擺放、禁止布線區(qū)域的劃分、布線、層數(shù)設置、疊層順序、層間距以及關鍵信號返回通路是否連續(xù)等對板級電路的電磁兼容性能至關重要[2]。

圖2　輻射騷擾測試結果

圖3　TOP和BOTTOM層布線

如圖3所示，桌面云終端的TOP和BOTTOM層布線，存在的明顯設計缺陷如下：

1）VGA接口的數(shù)模轉換芯片的PIN24作為數(shù)模轉換的參考時鐘，如圖3左圖中的圓圈處，此時鐘線是通過中間層走線，過孔到BOTTOM層，最后終結于ADV7123的PIN24。經筆者實測，其高達108 MHz ，并且經頻譜分析儀近場探頭在VGA線纜附近探試發(fā)現(xiàn)，216 MHz頻點的幅度高出其余頻點約20 dB，這與圖2輻射發(fā)射首次測試結果不謀而合，即此時鐘即為輻射發(fā)射的騷擾源。

2）如圖3所示，ADV7123、高速HDMI收發(fā)器芯片IT66121FN與集成四核的Cortex-A9FPU處理器間存在較長且密集的布線，筆者用近場探頭在TOP和BOTTOM層密集的印制線附近來回移動，發(fā)現(xiàn)當探頭處于密集排線正上方時，216 MHz頻點的幅度明顯高于其他地方，這充分說明密集的排線充當了輻射發(fā)射天線，將電磁能量耦合到空間中了。

3）如圖3所示， 密集的過孔導致信號返回通路的不連續(xù)，形成了裂縫。信號返回通路在低頻、高頻時呈現(xiàn)出不同的特性，低頻時，信號返回通路是低阻抗路徑；高頻時，信號返回通路是低感抗路徑，即沿信號正下方的地平面（電源平面）返回。若信號正下方的地平面或電源平面形成如圖3所示的裂縫，導致返回通路不連續(xù)，這樣直接增大了電流的環(huán)路面積，間接增大了輻射發(fā)射的風險。

3　整改措施

3.1 電源整改

1）將適配器更換為優(yōu)越者（型號：優(yōu)越者P520）。

2）在+5 V電源輸入端增加一個的LC濾波（1 206/ 600 R磁珠、10 uF和0.1 uF0805封裝的貼片陶瓷電容）。

經過以上兩種措施后，電源端子騷擾電壓重測結果如圖4所示：整個包絡完全低于限值，這也驗證了云桌面終端的電源端子騷擾電壓測試超標是由原適配器輸出干擾信號過大導致。

圖4　電源端子騷擾電壓整改后重測結果

圖5　TOP和BOTTOM層整改措施

圖6　輻射騷擾整改后重測結果

注：由于L和N極測試結果幾乎一致，N極測試結果不再給出。

3.2 輻射發(fā)射整改

1）在TOP層VGA接口附近適當位置露銅，采用導線將地平面跨接起來，增加頂層的VGA接口附近的地平面完整性；

2）在BOTTOM層，如圖3所示的平行排線附近適當位置露銅，采用銅箔將其包裹起來，銅箔的適當位置良好接地，以此對底層密集的平行排線進行屏蔽（見圖5）。

經過以上兩種措施后，輻射騷擾重測結果如圖6所示：216 MHz頻點的幅度降低約10 dB ，離限值還有近6 dB裕量。

4　結束語

EMC整改并非EMC設計，往往EMC整改難度大，可操作性差，批量生產無法復制整改的措施。因此，強烈建議電子產品設計工程師在設計之初就考慮PCB板級電路的EMC要求。對云桌面終端電源線傳導騷擾和輻射騷擾整改進行總結，可以得出以下具體結論：

1）選擇濾波充分的適配器；

2）PCB設計時，按照信號速度V≈(F0I0)/tr對信號進行分類處理，其中F0為基波頻率，I0為瞬態(tài)驅動電流，tr為信號上升時間/下降時間；對諸如系統(tǒng)時鐘布線時應尤為注意，應盡可能短，優(yōu)先且在同層布線，盡量靠近使用芯片管腳，并應在時鐘線下方增設完整的地平面，倘若時鐘線布線長度大于信號三倍上升時間（ns）應串聯(lián)一個磁珠或阻尼電阻，其值等于傳輸線阻抗減去輸出驅動器的阻抗。（典型值約33 Ω）

3）PCB布線不宜過長，應盡量短，若無法避免，應在信號線上串聯(lián)一個如第2）提出的電阻，以減小信號振鈴和控制反射。

4）信號布局布線不僅需按照信號流向進行布局布線，更需考慮信號返回通路的連續(xù)性，避免地平面和電源平面開槽或形成裂縫。若不可避免開槽或裂縫，應在信號線兩邊2.54 mm內就近放置1 nF～1 uF的縫合電容以提供一個低阻抗的返回通路。

參考文獻：

[1] GB 9254-2008,信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法[S].

[2] 江思敏.PCB和電磁兼容設計[M].北京：機械工業(yè)出版社, 2006, 3.

邵鄂（1986.11-）男，畢業(yè)于電子科技大學，碩士學位，工程師職稱?，F(xiàn)任工業(yè)和信息化部電子第五研究所質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、設計與對策等研究工作。

Rectifi cation Case of Conducted Disturbance and Radiation Disturbance of Power Supply of Cloud Desktop Terminal

SHAO E
(CEPREI, Guangzhou 510610)

Abstract：A cloud desktop terminal in the China Compulsory Certification process, both conducted disturbance at the mains ports and radiated disturbance failed to pass electromagnetic compatibility test. This paper will mainly focus on the test failure causes analysis from the aspect of EMC design of PCB board-level circuit, and the corrective measures will be given. Finally, this paper summarizes this case, and gives the precautions for the PCB design of similar electronic products for the PCB design engineers.

Key words：CCC certification; electromagnetic compatibility; PCB board-level circuit; PCB Layout

作者簡介:

中圖分類號：TN609

文獻標識碼：B

文章編號：1004-7204（2016）01-0032-04