趙陽：各位嘉賓下午好，下面由我介紹蘇州泰思特科技有限公司關于單片機電磁干擾噪聲問題的優化解決方案，一是講電磁干擾噪聲，二是強調怎么優化的。簡單來講分為三個方面：一是問題描述，傳導噪聲是什么問題；二是傳導噪聲的分析與診斷；三是具體的傳導電磁干擾噪聲抑制與處理；最后是結論。
趙陽：各位嘉賓下午好，下面由我介紹蘇州泰思特科技有限公司關于單片機電磁干擾噪聲問題的優化解決方案，一是講電磁干擾噪聲，二是強調怎么優化的。簡單來講分為三個方面：一是問題描述，傳導噪聲是什么問題；二是傳導噪聲的分析與診斷；三是具體的傳導電磁干擾噪聲抑制與處理；最后是結論。 好下面開講：第一，問題描述，單片機實際上是一個數字電子秤，它是在計量面的檢測沒有過關，我們幫它采用了泰思特公司的電磁干擾噪聲解決方案的方法幫它解決了，所以我們講是提供一個基于“8951單片機”電子設備的傳導電磁干擾問題解決方案。這是它的測試結果圖，一個是峰值，一個是平均值，兩個都超標了。這幾個頻段，一個是12MHz、18MHz、15MHz的頻段超標了，它帶的問題沒有過的，我們幫他解決。這是它的電路，我們通過分析發現，主要原因是單片機的 12M晶振在這個位置放大了一下，晶振對應的頻率分別有12MHz、18MHz、24MHz，我們分析這是它的主要原因，是三個招標頻段。這是問題描述，對于這個問題我們怎么分析它、解決它？叫噪聲的分析和診斷，分析是你用什么方法解決，診斷是用什么措施來做。 包括三個方面：一是傳統電磁干擾噪聲模態分量提取；二是噪聲源內阻抗測定；三是EMI濾波器設計。這三個實際上是不同的概念，第一，為什么要做模態提取，我們知道傳統的電磁干擾噪聲分布摩擦膜，簡單來講例如開關電源在工作狀態下，它的共模是什么原因？開關狀態和散熱器地板之間的共模的分布電容并起來的，差模比如說變換器在環路之間摩擦的原因，我為什么要分析它的機理呢？因為EMI濾波器分為共模和差模，有不同的解決機理，如果沒有把原因找出來就做是不經濟的，而且效果也不好。假如說一個寬頻濾波器在2MHz有一個，10MHz有一個，你把它設置成15MHz的EMI濾波器，問題是解決不了的。所以我們要分析第一個是什么原因？是共模噪聲還是差模噪聲？把原因找清楚了再談設計。 第二，為什么要做噪聲源內阻抗測定？我們知道EMI濾波器，左邊是人工電源，右邊是噪聲源，比如說開關電源，中間是EMI濾波器，因此你要有一個好的濾波器，你沒有一個阻抗概念的話，不和他匹配，我們說有最大的匹配才能把噪聲抑制，什么叫噪聲抑制？讓它過濾波器的時候最大的篩減，然后跑到外面的檢測桿。現在一般的方法簡單地講是共模，所以為什么效果不好？因為你不知道一個大概的范圍。最后一個EMI濾波器的設計，不是說你的東西越多越好，你還有個優化的問題，這三個是噪聲分析解決方案里的三方面。傳導噪聲在這個地方，這叫人工電源網絡，單向的三根線，比如說開關電源，共模電流是這樣做，差模電流是在環路里的，這里面產生噪聲源，DC-DC等都有它的原因，共模是分布電容的，差模主要是開關，只要用到開關狀態就必然產生共模和噪聲。 我要對噪聲進行提取，提取的方法有新加坡的，有美國等。我們現在選用最簡單的就是設計變壓器，是簡單的差模輸出，就是從LISN的兩端這樣的分級網絡。分級網絡特性怎么樣？你怎么知道你測的噪聲就是你的共模噪聲？你有什么保證呢？所以分級網絡有一個特性要保證，有：共模插損和差模插損、共模抑制比和差模抑制比，共模輸出越小越好，什么意思？這是我要測的，什么叫分離網絡，我進來的同時有共模信號和差模信號，如果我想看共模噪聲有多大，那么我希望輸出設計的越小越好，假如我進來的是共模信號，我想看差模分量，按道理講是零，就是說抑制比越大越好，所以有兩個參數，就是插入損耗和抑制比，插入損耗就是你要看的信號差損越小越好，抑制比就是你不想看的信號，抑制越大越好。比如說現在我的機器接在這端，看差模信號，如果這個時候進來的是差模信號，100%的信號進來，我的信號98、99%差模信號輸出，抑制住差模越小越高。 假如說這個機器接的是共模，如果是差模進來，理論上它的共模分量很少為零，因此到了這個地方應該是抑制比越大越好，40分貝就是抑制100貝，60分貝就是抑制1000貝，這是我不想看到的。假如既有共模又有差模分量，這個地方是差模分量，這個地方是共模分量，因為我要做濾波器設計，我必須要確定這個分量，所以這個特性保證了插損越小越好，抑制比越大越好，一般來講，抑制比比插損大于26個分貝就可以達到，但是按照原來我們南洋理工的說法，抑制比大概40分貝，插損50分貝以內，這是我們網絡的特性，關鍵能拉開，20分貝就是10倍，這樣才能起到作用。 第二，噪聲源內阻抗測定。內阻抗測定就是主要測量噪聲源的，就是被測噪聲源的阻抗。這是一個開關電源，這個地方分別由共模阻抗測量和差模阻抗測量，比如現在測的是共模阻抗，它利用了一個信號發生源，傳導噪聲測是10千赫至30兆，有注入式電流探頭和檢測式電流探，耦合阻抗是什么呢？我在阻電路里組合電容，因為你是在阻電路里，你要把高頻信號拿出來，所以要用到耦合阻抗。關于建模有幾種方法，有一個說法是雙電流探頭法等四、五種建模方法。這是系數，Vp2表示為監測探頭輸電壓，對于特定的測試系統而言，K為一個比例復常數，雙電流方法中要求采用的標準電阻。第二種交叉短路，短路之后取得Zin。第三種相當于把這兩個系數確定了，因為這些參數是保持不變的，所以具體來講要分為三步。濾波器設計原理就是剛才講的，抑制傳導電磁干擾噪聲，假如說以共模舉例，我們假設是個噪聲源，這是等效阻抗，現在我們測量出來了，容是多少，這兩個LISN，是兩個并聯，濾波器放在這里，作用就是沒有濾波器的時候，噪聲是100%跑到這里了，有了濾波器之后有一定的衰減，比如說在某個頻段有兩個接空，有12兆、18兆、24兆，在這三個頻率點上分別超標了10分貝，如果能分別把它設計到20、30，那么這個12、24到18的電源怎么樣，這是我要檢測的，就達到我的檢測要求，這就是濾波器的目的。為什么要有濾波器的等效電路？這是噪聲源，如果這個損耗不知道，或者給個經驗值，有人直接給50，因為大家都認為這是匹配的，實際上這是沒有經驗，所以這個值知道了，因為是標準的，因此如果這兩個知道以后，濾波器也知道了，我們就能優化設計。同樣，差模濾波器為什么120？因為它是串在一起的。 剛才講的第一個是噪聲診斷，分析是共模還是差模為主。第二是噪聲源內阻抗測量，是為了濾波器的優化設計；第三開始設計濾波器了，因為噪聲要抑制了，簡單來說共模濾波器是基本結構，一個共模大于兩個電容，一個差模濾波器是差模電纜，一個直接畫可以，但是一定要優化。如果這是在地鐵上或者什么上面要有 100安培，上次我們在徐州做的，可能是70、80安培的這種，你算一下70、80安培的電纜做噪聲，你要多少的繞？電容也是這樣的，因為大電容意味著 ESR很大，一旦做到18-24兆，測噪聲就知道，當然這個功率不大，但是也有這個問題，電感不是越大越好，分布參數全上來了，而且也不優化，電容更是這個原因，電容絕對不是計算值，不是那樣的，這是基本結構。 第二，差模為什么要做LDM？首先它有幾個作用，現在這里面沒有差模噪聲，如果說這里面有10兆的差模噪聲，還有一個28兆的差模噪聲，中間隔著18兆的，如果你把兩個噪聲全部讓一個電容分配完，你就想有兩個人，一個胖子，一個瘦子，怎么設計一個東西既能讓胖子用又能讓瘦子用？所以你必須要把它分流，把高的從這里過，低的從這里過，才能把它分攤開，否則高頻噪聲你想用一個做就做不了。第三，我們就來看看具體在這個方案里是怎么解決噪聲的，第一步，噪聲診斷，用了我們公司的EMI-2000，傳導噪聲對該電子設備的傳導電磁干擾模態進行提取和分析，EMI-NA20000傳導噪聲分析儀主要是測量通過電源線傳導對外發出的電磁干擾進行分離和分析，并建立起一整套的EMI噪聲智能分析系統，50和 35共模和差模大于50個。通過做這個以后，我們測量的結果在這里，共模噪聲50dBuV、52dBuV、56dBuV，差模噪聲35dBuV、 40dBuV、42dBuV，這兩個一比，50和35，共模大于差模15個dBuV，因此共模為主要的，差模不用考慮。第二個，18兆，大于12，也是共模為主，第三個是24兆，我為什么舉這三個頻點？因為它說的就是三個頻點，別的不超標。 講到濾波器也是，不是說濾波器什么都好，原來做一個衛星上的開關電源，1/3它的阻電路，2/3是它的EMI濾波器，重量擺在這邊，如果把它打到天上去，它要多少能量？所以不是說濾波器頻道越快越好，是要更優化地解決噪聲。所以現在最關心的就是三個噪聲，三個噪聲一比較共模大于差模，共模是主要噪聲，所以結論是以共模噪聲為主，我僅僅需要設計共模濾波器，差模濾波器就不用考慮了。怎么設計呢？剛才講了是由電感和電容構成，加個電容和電感就可以了？不是的，我們看看他們怎么優化。如果你設計一個電容，取20個PF的電容放在這邊做，這20個PF既要在12兆，又要在18兆、24兆，做不到，為什么？就是源于ESR不一樣，所以我們做的時候是把電容分成兩個，你可以按級別分成若干個，太多了也不行，分成若干個之后每一個電容，比這個是處理24兆的噪聲，這個是處理18兆的噪聲，合理了之后就很有序了，這樣的話才幾毛錢就可以把噪聲解決了。所以并不是計算一個理論值就可以了，這是電容優化。第二是扼流圈優化，扼流圈就是電感，扼流圈第一體積大，第二重量重，第三錢很貴，比如說電感，假如說要300塊錢，但是你要自己做，把它的性能做到了以后，這還是一個很小的功率，我們把電感這樣設計，電感分成阻電感，另外一個輔助電感的1、 2、3，電感假如能做到幾個毫升，再大了分布參數上去了以后，有時候到了高頻以后特性大了，損耗已經變了。 第二，重量和成本也不可能無限制高，我要取得這個作用，把它設計好，因為電容和電感共同抑制共模噪聲，比如這個總共超過15分貝，是在24兆，我把10兆用電容來立，剩下的5、6兆用電感來立，我把超標的12個分貝中拿8個分貝用電感做，剩下的6個分貝用電容做，這是一個優化，我們就做一個輔助電感，10個分貝的電感做的話，我也把它分開，也不可能一個東西放在這里，這樣做了以后小電感很小，成本很低，一樣可以抑制12、18、24兆的高頻噪聲。根據這個設計我們得到了參數，在下面這一排，C1、C2 的參數，是濾波器直接做的... |
