EMC辐射整改心路历程(改后余量6dBuV/m) ,文末附整改理论思路整理以及本项目改善的相关说明

产品说明:
这是一款多功能感应式厨房龙头,由红外感应探头(左右两侧手扬+底部即时感应)+显示屏组件(2.0inch 彩屏 + 触摸 + 震动马达 +本地热点OTA)+ 台下控制盒(双稳态电磁阀2路+水流检测2路+手把开水水流检测+温感+TDS)三大组件组成。整机大部分为不锈钢+涉水纯铜件,显示屏组件外壳为塑料电镀件。

LT0155 CN 78 1080


EMC辐射整改之路:

因为公司之前其他产品做CE认证时在辐射RE测试基本都是可以顺利通过的,而且这个测试,厂内无法测试,需去第三方摸底,因此认证前并未对此项内容专门进行摸底测试,厂内只进行型式测试、寿命测试、环境测试、抗干扰测试(EFT、ESD、雷击浪涌等)进行测试,没问题就直接给到认证机构了。然后认证机构告知辐射测试NG了,退回整改。这个一下子人都不好了。具体情况之前有另外发了一篇文章,有兴趣可以去看下详细内容:
关于EMi辐射测试(RE)的几点困惑

送认证样机RE测试情况如下:

120M、200M、280M频点严重超出限值,160M、18M临界或达不到3dBuV/m,测试很不理想。

然后之后就是好长的一段整改历程了,因为认证机构在深圳,但是我们公司在厦门,所以改善测试是在厦门测试的,再厦门摸底的时候,测试都能通过,几次验证,基本上高频部分都有3dBuV/m的余量,复测样机在厦门摸底数据如下:

但是,将这台样机寄到深圳测试,测试到的数据与在厦门本地摸底的数据差异很大,具体深圳认证测试数据如下:
200M频点超标了,约超了2dBuV/m,其他多个频点余量不足3dBuV/m。

自此,陷入僵局了,年关将至,没办法,只能等春节后再处理。很快春节过后,项目整改提上议程,经商议后还是得到深圳测试机构现场场地进行测试更好一些,已确认两地测试为何出现如此差异
经去深圳华测测试机构现场调试测试发现两地的测试差异主要出现在天线测试位置的差异上
在厦门摸底测试时天线只测试了1M高的位置的,而在华测那边测试是1M、2M的位置都会测试,因此出现了如上的报告差异,导致两地的测试数据看着完全不一样
然后就是在华测测试机构这边开始了各种测试验证,2025-2-13号从上午10点左右开始测试,到下午3点半(中间休息了一个小时左右),和另外一个同事在现场反复测试调整方案,均不是很理想,还是达不到3dBuV/m的余量要求,最差的频点只有不到2dBuV/m的余量,经过大半天的精神摧残,都准备放弃了,算了就这样了吧!

可想想千里迢迢跑来深圳测试,花了这么多精力在这个项目上,要是还没有达到一个比较满意的结果,好像也对不起自己啊,回去也不好给领导交代,于是,咬咬牙,继续改善验证。

好在,努力总是有希望的,在下午五点的时候,找到了一个可行的方案,该方案改善效果如下:

最差的频点在240M,也有6.38dBuV/m的余量。

至此,困扰自己许久的这个产品的EMC RE辐射问题总算得到比较好的解决。这个项目可以说真的是呕心沥血,在这个项目执行过程中,自己也学到很多以前接触的比较少的内容,像这次的EMC改善经历,对自己就是很好的一次经历,对EMC的整改也有一个更深刻的认识,更深深体会到做好一款产品的不容易,需要好好扎实基本功,理论基础真的很重要,特别是像我这半道出家的和尚(大学专业是土木工程,毕业后干了一年工地项目管理不干了,改行搞电子,硬件基础差),及时补充自己的知识短板很有必要。

以上是项目上EMC整改的过程回顾,简要写个博文记录下,方便自己后续会看,也算是写个总结吧。


结合这个项目的EMC整改经历,大致将产品的EMC整改思路理一下:

理论知识梳理:

一、干扰源分析与控制:

  1、识别干扰源
        ◆从电路原理出发,确定可能产生电磁干扰的部件或电路。例如,在电子设备中,开关电源是常见的干扰源,其开关动作会产生高频噪声。像电脑电源中的开关管在高频开关过程中,会产生丰富的高次谐波。

        ◆根据设备的功能和工作状态,找出潜在的干扰源。对于通信设备,射频发射模块在发射信号时,如果屏蔽不好,可能会对外产生干扰。


2、干扰源控制
        ■对于时钟信号等高频信号源,采用合适的滤波措施。如在时钟芯片的电源引脚添加去耦电容,滤除电源线上的高频噪声。一般会选择 0.1μF 的陶瓷电容,它能够有效地滤除高频成分,使电源更加稳定。

        ■对于开关电源,优化开关频率及其调制方式。通过调整开关频率,避开敏感频段,减少对其他设备的干扰。例如,将开关频率从容易产生干扰的频段调整到相对 “干净” 的频段。

        ■对干扰源进行屏蔽。如果是一个小型的电磁干扰源,如高频振荡器,可以使用金属屏蔽罩将其罩住。屏蔽罩要良好接地,这样可以将大部分电磁辐射限制在屏蔽罩内部,防止其对外辐射干扰。

二、传播途径分析与阻断

1、传导传播途径
        ●分析电源线路传导干扰。设备中的电源线就像一条高速公路,干扰信号可能沿着电源线传播到其他电路或设备。通过在电源线上添加共模电感和差模电感,可以抑制共模和差模干扰信号的传导。共模电感对于共模干扰电流呈现高阻抗,差模电感对差模干扰电流有抑制作用。

       ● 信号线路传导干扰的分析与处理。例如,在高速信号线上,信号的边沿变化率很高,容易产生电磁干扰并通过信号线传导。在信号线上串联磁珠,可以抑制高频干扰信号的传导。磁珠在高频时呈现高阻抗,能够有效地消耗高频能量。


2、辐射传播途径
        ★设备外壳的电磁泄漏分析。如果设备外壳有缝隙或者孔洞,电磁辐射就可能从这些地方泄漏出去。对于金属外壳,要确保其良好的电气连续性,例如通过使用导电衬垫填充缝隙,减少电磁泄漏。

        ★ 电缆辐射的控制。电缆就像一根天线,可能会辐射电磁干扰信号。采用屏蔽电缆,并将屏蔽层良好接地,可以有效减少电缆的辐射。对于多芯电缆,合理安排芯线的布局,减少不同信号线之间的串扰和辐射。


三、敏感设备保护

1、确定敏感设备或电路

        在一个复杂的电子系统中,有些电路或设备对电磁干扰非常敏感。例如,模拟电路中的微弱信号放大电路,很小的电磁干扰就可能导致信号失真。对于医疗设备中的生物电信号采集电路,它需要采集微伏级别的人体电信号,对电磁干扰的敏感度极高。

2、保护措施

        ◆对敏感电路进行屏蔽。可以使用金属屏蔽罩将敏感电路包围起来,就像给它穿上一层 “电磁防护服”。屏蔽罩的材料选择很重要,一般选择导电性好的金属,如铜或者铝。

        ◆在敏感电路的输入输出端添加滤波电路。例如,在音频输入电路中,添加低通滤波电路,滤除高频干扰信号,只允许音频信号通过,从而保护后续的音频放大和处理电路。

四、整体系统优化与标准遵循

1、系统级的电磁兼容性优化

        从整个电子系统的角度出发,综合考虑各个部件之间的电磁兼容性。例如,在一个包含多个电路板的设备中,合理安排电路板的布局,将产生干扰的电路板与敏感电路板分开,减少相互之间的电磁影响。
        调整设备内部的布局和布线。对于高速信号线和电源线,要保持一定的距离,避免平行布线过长,减少电磁耦合。

2、遵循相关标准
        不同的行业和应用场景有相应的 EMC 标准,如欧盟的 CE - EMC 标准、中国的 GB/T 17626 系列标准等。在整改过程中,要以这些标准为依据,确保设备在规定的电磁环境下能够正常工作,并且不会对其他设备产生不可接受的电磁干扰。通过使用专业的 EMC 测试设备,如电磁干扰测试仪、频谱分析仪等,对设备进行测试,以验证是否满足相关标准要求。

以上是我整理的EMC(电磁兼容性)整改的思路和理论指导思想,希望能给遇到相同或类似的朋友们提供一点帮助。


最后,简单总结下项目整改的一些过程,也算做个归纳总结吧!

1、辐射源的定位

我使用的是逐个排查的方式,分别对以下几个内容进行逐一排查:
        ▲外接导线,项目中有探头信号线、控制盒信号线,6V DC供电等,逐一使用增加磁环、切换信号线或移除的方式对比,排查;

        ▲金属壳体部分,接地、不接地、接不同的地(电源供电地、线路板上敷铜的地、信号地等等),最后发现电源地是最理想的接地点,而且不要串联磁珠。说白一点就是类似单点接地,不同的模块,均单独接到电源地上实测实最理想的;

        ▲板上干扰源的查找定位:可以先使用逐一排查的方式,已我的项目为例,测试是发现移除显示屏后,测试干扰就很小了,于是之后我将整改的重点放置在显示屏的辐射改善上;

2、线路板优化

        ●Layout布局调整,特别是晶振、功率电感、MCU、高速信号线(如时钟、数据线等),需要特别注意;

        ●MCU的供电,模拟、数字供电要分开,并用磁珠进行隔离,如有射频等部分,功率供电引脚也要单独供电;

        ●板上如有允许的话,增加一个完整地平面,可有效提高产品信号完整性,提高抗干扰性能;

        ●电源单独走一层,线宽适当放宽一些;



3、EMC整改是一个综合的多因素的整改项,当一个改善无法到理想效果时,要尝试跳出来,避免钻牛角尖,这个研发人员很容易自陷的一个问题,需要特别注意。还是以我这个项目为例:

        ▼定位到辐射源后,我就把重点放在了屏幕的改善上了,这个屏幕是SPI通讯方式的,我在时钟(CLK)、数据引脚(DATA/MOSI)上加个一个阻容滤波电路(22R+47PF实测最理想,电阻小了、大了都不好);

        ▼但是这个只是使干扰降低一些,但是还是达不到余量的要求,进一步整改陷入僵局,之后在产品的电镀外壳、龙头金属本体都接到线路板的电源地上,辐射又低了几个点;

        ▼最后,在控制盒上,电源输入地方加一个磁环,因为我的信号线是没有做屏蔽处理,外壳又是金属外壳,多少还是会有辐射通过外接信号线耦合进来,通过外接线传到到电源上,于是在此加一个磁环,辐射又可以低一个多点;

综上,通过多种改善结合,产品的RE辐射最终降下来了,这样就可以比较放心,到不同测试机构都能获得比较理想的测试结果。

### EMC整改方案及实施步骤 EMC(Electromagnetic Compatibility,电磁兼容性)整改是指针对电子设备或系统中存在的电磁干扰问题采取措施,使其满足相关标准的要求并提高其可靠性。以下是有关EMC整改的常见解决方案及其实施步骤: #### 1. **需求分析** 在开始任何整改措施之前,需全面了解目标产品的设计特点以及当前存在的EMC问题。这一步骤通常涉及详细的测试报告解读和现场评估[^1]。 #### 2. **制定整改计划** 基于初步的需求分析结果,制定具体的整改策略。该阶段应考虑可能影响最终效果的各种因素,如成本、时间安排和技术可行性等。同时也要明确预期达到的目标——即产品需要符合哪些特定的标准或法规要求[^2]。 #### 3. **硬件层面调整** 如果发现问题是由于电路板布局不合理或者屏蔽不充分等原因引起,则可以通过优化PCB布线方式、增加滤波器组件或是加强外壳密封等方式来解决问题。例如,在某些情况下,适当修电源输入端口处的滤波单元可以有效减少传导发射水平。 #### 4. **软件算法进** 对于由信号处理不当引发的噪声源,可通过更新固件版本引入新的控制逻辑以抑制不必要的开关动作频率;另外还可以尝试采用更先进的调制技术降低宽带内的能量分布密度从而削减潜在骚扰源的影响程度。 #### 5. **验证与确认** 完成上述物理结构造之后,再次进行全面而严格的实验室检测程序直至所有项目均顺利过关为止。此过程可能会反复迭代多次直到完全达标为止。比如案例显示某款车载娱乐信息系统经过多轮调试后终于实现了低于限值规定的辐射强度输出,并且稳定运行无误报警现象发生。 ```python def emc_rectification_process(): steps = [ "Conduct thorough analysis of the product's current state and identify issues.", "Develop a detailed rectification plan addressing identified problems.", "Adjust hardware components such as PCB layout, filters or shielding mechanisms.", "Optimize software algorithms to minimize noise generation within acceptable limits.", "Perform rigorous testing cycles until all requirements are met." ] return "\n".join([f"{i+1}. {step}" for i, step in enumerate(steps)]) print(emc_rectification_process()) ```
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