【故障案例】某單板TVS接地不當造成輻射騷擾超標問題分析
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1 故障現(xiàn)象
某產品在進行 EMC 研發(fā)摸底測試時發(fā)現(xiàn)，整機輻射騷擾垂直方向測試超標，超標點頻率為 150M Hz，同時伴有 20M Hz 間隔的脈沖騷擾。
在實驗室輻射騷擾的遠場掃描圖（垂直方向）如下圖 1 所示：
圖 1 某產品輻射騷擾遠場掃描圖（垂直）
2 故障分析
首先通過將系統(tǒng)單板逐一下電后掃描的排除法將 150MHz 頻點騷擾源定位在系統(tǒng)某單板上，該單板（后文簡稱 A 單板）在系統(tǒng)中完成的功能為時鐘及通信控制。A 單板對外接口主要有以太網(wǎng)接口、光口和 HDMI 接口，其中 HDMI 接口為調試與時鐘級聯(lián)接口，輻射騷擾測試時不外接線纜。以太網(wǎng)接口測試時使用屏蔽網(wǎng)線通過電波暗室隔離底盤和輔助設備相連。拔掉A 單板網(wǎng)線重新進行測試，測試結果通過。但是從測試數(shù)據(jù)中可以看出，150M Hz 的騷擾頻點仍然存在，只是幅值降低了 6.8dB。
通過頻譜分析儀搭配近場探頭對單板進行近場掃描，發(fā)現(xiàn)單板面板處靠近 HDMI 口和以太網(wǎng)口附近 150MHz 的騷擾較強,同時單板保護地和屏蔽網(wǎng)線上也有較大的騷擾。將頻譜儀掃描頻段設為從 1MHz 到 200MHz 展開，發(fā)現(xiàn)騷擾從 10MHz 開始出現(xiàn)，并且是 10MHz 的奇次諧波（10、30、50...130、150、170）。這些頻點和圖 1 遠場掃描100M Hz~200M Hz之間的騷擾頻點完全吻合。近場掃描圖如下圖 2 所示：
圖 2 該單板網(wǎng)口附近近場掃描圖
圖 3 A 單板時鐘拓撲圖（部分）
10M 時鐘騷擾如何通過網(wǎng)線輻射出來？查看單板原理圖，為了對 HDMI 接口信號進行靜電防護，10M_TEST 時鐘信號輸出到外部時增加了一個對保護地的 TVS（如下圖 4 所示）。該 TVS 參數(shù)為截止電壓 VRWM=15.0V, 擊穿電壓 VBR=16.7V, 結電容 C0=80pF。
圖4 A單板HDMI 10M_TEST 時鐘電路
分析 A 單板 PCB（如下圖 5），Test_10M 時鐘從 FPGA 出來后通過內層走線引到 HDMI接口，途中經過 TVS 進行靜電防護，該 TVS 接單板保護地。單板保護地和數(shù)字地隔離，保護地靠近單板板邊及接口，為一狹長區(qū)域。數(shù)字地為一完整地平面，F(xiàn)PGA 參考地采用數(shù)字地。
圖 6 理想電容的頻率特性
3 故障解決 EMC 的三要素為騷擾源、傳播路徑和敏感受體。騷擾源和傳播路徑得到確認后，整改的措施就變得簡單起來。我們從傳播路徑入手，將 TEST_10M 時鐘的 TVS 由保護地接到數(shù)字地，通過這樣改變了騷擾電流的回流路徑：FPGA-TEST_10M-GNDD-FPGA。騷擾電流不能再通過保護地流入到外接屏蔽線纜。經過上面整改措施后，整機的輻射騷擾結果得到了非常有效的改善，PCB 改動后的遠場測試結果如下圖 7 所示（僅列出之前不通過的垂直方向，水平方向經測試一直可以通過）。同時對改動后的單板進行了接口靜電放電和浪涌試驗，達到的指標和未改動前一致，保證 PCB 改動對 EMC 抗擾設計沒有影響。
圖7 整改后的系統(tǒng)遠場掃描圖（垂直）
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