云桌面終端電源端傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾整改案例

邵 鄂（賽寶質(zhì)量安全檢測(cè)中心，廣州 510610）

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云桌面終端電源端傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾整改案例

邵 鄂
（賽寶質(zhì)量安全檢測(cè)中心，廣州 510610）

摘要：某云桌面終端在進(jìn)行中國(guó)強(qiáng)制性認(rèn)證（CCC）時(shí)，電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目電源端傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾測(cè)試均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。將重點(diǎn)從PCB板級(jí)電路EMC設(shè)計(jì)方面剖析其測(cè)試不合格原因，并給出相應(yīng)的整改措施，最后對(duì)此案例進(jìn)行總結(jié)，給出類似電子產(chǎn)品在PCB設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)，以期能給PCB設(shè)計(jì)工程師提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：CCC認(rèn)證；電磁兼容；PCB板級(jí)電路；PCB設(shè)計(jì)

引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于“遠(yuǎn)程桌面”和“虛擬桌面”兩項(xiàng)技術(shù)的云桌面終端在國(guó)內(nèi)一些大公司越來越流行。遠(yuǎn)程桌面是在PC機(jī)內(nèi)置RDP（Remote Desktop Protocol）協(xié)議，使得用戶能夠在本地?zé)o需安裝任何應(yīng)用的條件下，從其他的電腦上遠(yuǎn)程登錄、訪問與使用目標(biāo)桌面，它將目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行界面?zhèn)鬏數(shù)接脩魧?shí)際的操作機(jī)屏幕上，并將鍵盤，鼠標(biāo)等一系列的外設(shè)輸入，傳輸?shù)侥繕?biāo)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交互；虛擬桌面，是一種基于服務(wù)器的計(jì)算模型，并借助云終端，讓管理員與用戶能同時(shí)獲得兩種方式的優(yōu)點(diǎn)：將所有桌面虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理；同時(shí)用戶可以通過云終端在局域網(wǎng)或者遠(yuǎn)程訪問獲得與傳統(tǒng) PC 一致的用戶體驗(yàn)。本文圍繞某云桌面終端產(chǎn)品進(jìn)行中國(guó)強(qiáng)制性認(rèn)證（China Compulsory Certification，CCC）電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目-輻射騷擾、電源端子騷擾電壓測(cè)試，將重點(diǎn)從PCB板級(jí)電路電磁兼容設(shè)計(jì)方面分析其測(cè)試不合格原因并給出整改對(duì)策，最后總結(jié)出相關(guān)電子產(chǎn)品PCB板級(jí)電路電磁兼容設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

1　產(chǎn)品及不合格現(xiàn)象描述

某桌面云終端，塑料外殼，內(nèi)部有一塊PCB，由適配器將市電AC220 V/50 Hz轉(zhuǎn)換為DC+5 V供電，內(nèi)部PCB主要特點(diǎn)如下：

1）6層PCB，疊層設(shè)計(jì)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(nèi)存模塊，數(shù)字電路通信速率上百兆赫茲。

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

從圖1可知，150 kHz～2 MHz測(cè)試曲線的整個(gè)包絡(luò)都比較高，并且在低頻段超標(biāo)較嚴(yán)重，尤其在740 kHz頻點(diǎn)超標(biāo)已約13 dB。

從圖2可知，30～1 000 MHz測(cè)試曲線整個(gè)包絡(luò)比較低，僅僅出現(xiàn)幾根毛刺狀的單一超標(biāo)頻點(diǎn)，其中108 MHz頻點(diǎn)處，輻射發(fā)射超標(biāo)約6 dB。

圖1　電源端子騷擾電壓測(cè)試結(jié)果

2　原因分析

2.1 電源分析

電源端子騷擾電壓測(cè)試實(shí)質(zhì)是接收機(jī)的輸入阻抗（50 Ω）與人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）中的1 kΩ電阻組成的并聯(lián)電阻（約50 Ω），在被測(cè)設(shè)備沿電源線反饋回LISN在其兩端的取樣電壓。根據(jù)圖1測(cè)試曲線所知150 kHz～2 MHz整個(gè)包絡(luò)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(hào)，至于是適配器由AC轉(zhuǎn)DC產(chǎn)生的干擾信號(hào)，還是云桌面終端PCB板上耦合的干擾信號(hào)，需進(jìn)一步驗(yàn)證才能確定。

2.2 PCB板Layout分析

PCB設(shè)計(jì)是否合理，在很大程度上決定了電子產(chǎn)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(shè)置、疊層順序、層間距以及關(guān)鍵信號(hào)返回通路是否連續(xù)等對(duì)板級(jí)電路的電磁兼容性能至關(guān)重要[2]。

圖2　輻射騷擾測(cè)試結(jié)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(shè)計(jì)缺陷如下：

1）VGA接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的PIN24作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的參考時(shí)鐘，如圖3左圖中的圓圈處，此時(shí)鐘線是通過中間層走線，過孔到BOTTOM層，最后終結(jié)于ADV7123的PIN24。經(jīng)筆者實(shí)測(cè)，其高達(dá)108 MHz ，并且經(jīng)頻譜分析儀近場(chǎng)探頭在VGA線纜附近探試發(fā)現(xiàn)，216 MHz頻點(diǎn)的幅度高出其余頻點(diǎn)約20 dB，這與圖2輻射發(fā)射首次測(cè)試結(jié)果不謀而合，即此時(shí)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(zhǎng)且密集的布線，筆者用近場(chǎng)探頭在TOP和BOTTOM層密集的印制線附近來回移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)探頭處于密集排線正上方時(shí)，216 MHz頻點(diǎn)的幅度明顯高于其他地方，這充分說明密集的排線充當(dāng)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(dǎo)致信號(hào)返回通路的不連續(xù)，形成了裂縫。信號(hào)返回通路在低頻、高頻時(shí)呈現(xiàn)出不同的特性，低頻時(shí)，信號(hào)返回通路是低阻抗路徑；高頻時(shí)，信號(hào)返回通路是低感抗路徑，即沿信號(hào)正下方的地平面（電源平面）返回。若信號(hào)正下方的地平面或電源平面形成如圖3所示的裂縫，導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)。

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(hào)：優(yōu)越者P520）。

2）在+5 V電源輸入端增加一個(gè)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(jīng)過以上兩種措施后，電源端子騷擾電壓重測(cè)結(jié)果如圖4所示：整個(gè)包絡(luò)完全低于限值，這也驗(yàn)證了云桌面終端的電源端子騷擾電壓測(cè)試超標(biāo)是由原適配器輸出干擾信號(hào)過大導(dǎo)致。

圖4　電源端子騷擾電壓整改后重測(cè)結(jié)果

圖5　TOP和BOTTOM層整改措施

圖6　輻射騷擾整改后重測(cè)結(jié)果

注：由于L和N極測(cè)試結(jié)果幾乎一致，N極測(cè)試結(jié)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(dāng)位置露銅，采用導(dǎo)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(dāng)位置露銅，采用銅箔將其包裹起來，銅箔的適當(dāng)位置良好接地，以此對(duì)底層密集的平行排線進(jìn)行屏蔽（見圖5）。

經(jīng)過以上兩種措施后，輻射騷擾重測(cè)結(jié)果如圖6所示：216 MHz頻點(diǎn)的幅度降低約10 dB ，離限值還有近6 dB裕量。

4　結(jié)束語

EMC整改并非EMC設(shè)計(jì)，往往EMC整改難度大，可操作性差，批量生產(chǎn)無法復(fù)制整改的措施。因此，強(qiáng)烈建議電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)之初就考慮PCB板級(jí)電路的EMC要求。對(duì)云桌面終端電源線傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾整改進(jìn)行總結(jié)，可以得出以下具體結(jié)論：

1）選擇濾波充分的適配器；

2）PCB設(shè)計(jì)時(shí)，按照信號(hào)速度V≈(F0I0)/tr對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類處理，其中F0為基波頻率，I0為瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)電流，tr為信號(hào)上升時(shí)間/下降時(shí)間；對(duì)諸如系統(tǒng)時(shí)鐘布線時(shí)應(yīng)尤為注意，應(yīng)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(yīng)在時(shí)鐘線下方增設(shè)完整的地平面，倘若時(shí)鐘線布線長(zhǎng)度大于信號(hào)三倍上升時(shí)間（ns）應(yīng)串聯(lián)一個(gè)磁珠或阻尼電阻，其值等于傳輸線阻抗減去輸出驅(qū)動(dòng)器的阻抗。（典型值約33 Ω）

3）PCB布線不宜過長(zhǎng)，應(yīng)盡量短，若無法避免，應(yīng)在信號(hào)線上串聯(lián)一個(gè)如第2）提出的電阻，以減小信號(hào)振鈴和控制反射。

4）信號(hào)布局布線不僅需按照信號(hào)流向進(jìn)行布局布線，更需考慮信號(hào)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(yīng)在信號(hào)線兩邊2.54 mm內(nèi)就近放置1 nF～1 uF的縫合電容以提供一個(gè)低阻抗的返回通路。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 9254-2008,信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測(cè)量方法[S].

[2] 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?，F(xiàn)任工業(yè)和信息化部電子第五研究所質(zhì)量安全檢測(cè)中心電磁兼容室工程師，主要從事電磁兼容檢測(cè)、設(shè)計(jì)與對(duì)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(jiǎn)介:

中圖分類號(hào)：TN609

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-7204（2016）01-0032-04