某前置放大器骚扰功率测试不合格整改案例

邵 鄂，宁 博

（赛宝质量安全检测中心，广州 510610）

某前置放大器骚扰功率测试不合格整改案例

邵 鄂，宁 博

（赛宝质量安全检测中心，广州 510610）

介绍了某前置放大器在电子产品认证中经常遇见的骚扰功率测试项目，重点从PCB板级电路EMC设计方面进行测试不合格原因分析，并给出整改对策。并由此案例引出电子产品电磁兼容设计时的注意事项，以图能给电子产品设计工程师提供参考，使其能以较高概率一次性通过产品认证。

骚扰功率；PCB板级电路；电磁兼容设计；产品认证

引言

为了减小电磁干扰所造成的危害，提高电磁兼容性能，保护人身健康，设备安全和电磁环境，以及保护用户和消费者的利益，电子产品在面市前均需进行相关的产品认证。其中，声音和电视广播接收机及直接与声音或电视接收机相连的设备，或能够产生或重现音频或视频信息的设备需进行骚扰功率测试。通常情况下，为了缩短测试时间和节省场地花费，国内大部分认证机构进行骚扰功率测试均采用吸收钳测量法（ACMM）。根据工程经验，当频率超过30 MHz时，设备所产生的大部分能量是由靠近设备电源线及其他电缆向外辐射，ACMM对具有一个或多个引线作为主要辐射骚扰源且尺寸比最高测量频率波长的1/4小得多的EUT单元测试结果是十分精确的。因此，ACMM最适合用于小型EUT在30-300 MHz频率范围骚扰功率的测量。

本文以一种典型的音频设备-某前置放大器骚扰功率测试为例，详细介绍骚扰功率测试不合格原因分析、整改措施，最后给出此类电子产品EMC设计的注意事项。

1 产品及不合格现象描述

某前置放大器，主要用于录制麦克风声音，线性或者乐器音源。其中，麦克风和线路音源设备连接到后置面板，乐器直接插在前置面板上，前后面板拥有INSERT、EXT I/P、CUE MIX、DI O/P、MAIN O/P、LINE I/P、MIC I/P、Phones、Amp、DI等输入输出端口，其端口之多，功能也相对复杂，很难一次性通过骚扰功率测试。鉴于GB/T 13837-2012[1]、GB/T 6113.202-2008[2]和GB/T 6113.103[3]对试验信号、工作条件、测量方法和测量装置均有要求，本文由于篇幅有限，这里不再详述。

下面直接给出骚扰功率不合格测试结果，如图1所示：

从图1测试曲线来看，骚扰功率测试项目在64 MHz、72 MHz和80 MHz三点超标比较严重，其中72 MHz超标幅度已过10 dB。

2 原因分析

由图1所知，超标情况基本上都是一根根单一的频点，在64 MHz、72 MHz和80 MHz超标比较严重。因此可初步认为，超标是由于产品内部存在窄带的骚扰源、PCB板级电源不干净、信号输入输出端口滤波不够充分、存在较长电缆等原因造成。需要进一步检查前置放大器内部结构和PCB布局、布线才能判断究竟是何原因。

笔者拆开前置放大器外壳发现，其内部主要由开关电源、信号处理板、信号接口板以及显示控制板三大模块构成。不出前面所料，该产品内部确实存在8 MHz的晶振（窄带骚扰源）、交叉且较长的互连电缆、PCB密集的平行排线、信号处理板的+5 V电源线布在PCB边沿等。这样，就满足了产生辐射发射的三个条件，即，干扰源-8 MHz晶振；耦合途径-PCB印制线；天线-交叉较长的线缆。

2.1 干扰源-8 MHz晶振

晶振作为数字电路时序的基准，几乎在任何一个电子产品内都可见到。它作为天然的骚扰源，上升沿/下降沿通常比较陡峭，其有效带宽往往几十兆，甚至几百兆赫兹（工程上一般认为其有效带宽约为1/π tr，其中tr为信号上升时间）。经笔者测试，8 MHz晶振上升沿/下降沿约10 ns，有效带宽约32 MHz。倘若晶振附近的布局、布线处理不当，能量极易通过PCB印制线、外部互连线缆发射出去。从图2可见，信号处理板的顶层晶振附近未敷铜（地），镜像地平面也非完整，因此，增大了信号对地回流阻抗。

2.2 耦合路径-PCB印制线

如图2所示，圈出来的位置为信号处理板8 MHz无源晶振位置，它邻近区域存在较长的+5 V电源线、密集的平行排线，它们往往容易充当电磁波发射、接收天线。（工程上，一般认为印制导线的长度跟导线中信号频率对应波长λ的1/20相比拟时，印制导线即成为发射、接收天线）。这样，势必会增大晶振通过空间把能量耦合到PCB印制线，线与线之间相互串扰的风险。另外，+5 V电源线布置在PCB边沿，不满足电源内缩20 H原则[4]（工程经验值：20 H可以将70 %的电场限制在接地层边沿内）。如图3所示，由于磁通之间的连接，RF电流存在于电源平面的边缘时，当使用高速的数字逻辑信号，时钟信号时，电源线/平面上会耦合RF干扰电流，产生“边缘辐射”效应，将能量辐射到空间中。

2.3 发射天线-交叉较长的线缆

由于产品内部存在较多交叉、较长的互连电缆，且电缆大部分为非屏蔽电缆。因此，这些线缆成了有效的辐射发射、接收天线。

图1 30-300MHz骚扰功率初测结果

图2 信号处理板TOP和BOTTOM层

3 整改措施

3.1 骚扰源整改

将8 MHz无源晶振两端分别串联一个22 Ω，0603的贴片电阻，并联一个20 pF的0603的陶瓷电容。如图4所示，晶振经过RC滤波处理后，上升沿/下降沿减缓不少。

3.2 电源线整改

前置放大器，用于处理音频信号，电源纹波大小严重影响到音质。从图2所知，电源线在PCB边沿、且较长，滤波也不够，如图5所示，每隔一定距离增加一个0.1 uF的电容对地滤波，滤出电源线上的高频成分。

电源滤波后重测结果如图6所示。

由图6所知，晶振、电源滤波处理后，整个频谱的包络有所下降，64 MHz、72 MHz、80 MHz频点幅值下降不少，但是裕量不够大。

3.3 互连线缆整改

如图7所示，按照信号流向梳理线缆走向，避免线缆交叉；选择厚度较厚、尺寸较大的磁环，尽量在互连电缆两端套上2-3圈的铁氧体磁环线圈。

经过以上的3方面整改措施之后，窄带骚扰幅值已经远远低于限值了，重测结果如图8所示。

图3 电源内缩20 H

图7 互连电缆处理示意图

图4 晶振滤波前后波形

图6 电源滤波后重测结果

图8 30-300 MHz骚扰功率重测结果

4 结束语

EMC辐射问题是一个“过程问题”，即，必须同时具备存在骚扰源、耦合路径和发射天线，才会产生EMC辐射问题。往往EMC整改也只能从这三要素入手。切断任何一个要素，便不会产生EMC辐射问题，但从整改的技术难度来说，一般找到骚扰源比较容易，处理起来却比较棘手。从整改的可行性来说，通常也只能从耦合途径和天线两方面采取相应措施，来避免产生辐射发射问题。对信号质量要求较高的电子产品，诸如像音频放大器，若想一次性通过电磁兼容产品认证，顺利取得证书。必须在产品设计阶段就进行EMC设计，尤其是板级电路的EMC设计。为了给相关厂家提供设计上的帮助，对本文整改进行总结，可以得出以下具体结论：

1）晶振附近布局布线，尽量与其保持较远距离，其镜像位置，尽力保持地平面的完整性；

2）电源布线对于回流地平面应遵守“20 H”内缩，电源布线尽量保持“直、短、粗”原则，电源滤波要充分；电源平面须避免大量过孔形成的裂缝或开槽。

3）平行排线布线至少遵守“3 W”原则，互连电缆需尽量采用屏蔽电缆，按照信号流向进行布局，连接时遵守“短、直、不交叉”原则。

［1］GB 13837-2012，声音和电视广播接收机及有关设备无线电骚扰特性限值和测量方法［S］.

［2］GB/T 6113.202-2008，无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第2-2部分：无线电骚扰和抗扰度测量方法 骚扰功率测量［S］.

［3］GB/T 6113.103-2008，无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-3部分：无线电骚扰和抗扰度测量设备辅助设备 骚扰功率［S］.

［4］江思敏.PCB和电磁兼容设计［M］.北京：机械工业出版社，2006，3.

邵鄂（1986.11-），男，毕业于电子科技大学，硕士学位，工程师职称。现任工业和信息化部电子第五研究所质量安全检测中心电磁兼容室工程师，主要从事电磁兼容检测、设计与对策等研究工作。

图3 某型无人机机载设备温度曲线

参考文献：

［1］祝小平，等.无人机设计手册［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［2］GJB 150，军用装备实验室环境试验方法［S］.

［3］GJB 150，军用设备环境试验方法［S］.

作者简介:

孙敏 ，63876部队工程师，从事环境适应性试验。

葛庆庆 ，63876部队，助理工程师，从事环境适应性试验。

Unqualifi ed Rectifi cation Case for Disturbance Power Test of A Pre-amplifi er

SHAO E，NING Bo
（CEPREI，Guangzhou 510610）

This paper describes a certain preamplifier’s measurement of disturbance power during electronics product certification.Firstly，from the perspective of the PCB board-level circuit，it analyzes the test failure causes.Then，it gives related corrective measures and verifies their effect.Finally，it summarizes the EMC design precautions in electronic product design in order to offer some

for engineers so that the products can have high probability to obtain product certification.

disturbance power；PCB board-level circuit；EMC design；product certification

TN609

B

1004-7204（2015）06-0019-04