Xác định nhiễu điện từ (EMI) trong 3 bước

Phát xạ bức xạ, thường được gọi là nhiễu điện từ (EMI), được quy định kỹ càng để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và an toàn cho người dùng thiết bị điện và điện tử. Các quy định giới hạn lượng phát xạ bức xạ cho phép và để giữ sản phẩm của mình nằm trong giới hạn này, các nhà thiết kế đã đầu tư thời gian và công sức đáng kể. Một lý do khiến EMI gây ra khó khăn là việc phát xạ thường do vấn đề về thiết kế hệ thống.

Xác định nhiễu điện từ (EMI)

EMI (còn được gọi là nhiễu tần số vô tuyến hoặc RFI) liên quan nhiều hơn đến việc sản phẩm gây nhiễu vô tuyến, truyền hình hoặc các hệ thống giao tiếp hiện có, chẳng hạn như điện thoại di động. Bên ngoài Hoa Kỳ, EMI cũng bao gồm khả năng miễn nhiễm với các nguồn năng lượng bên ngoài, chẳng hạn như xả tĩnh điện và quá độ đường dây điện. Điều này thường áp dụng cho các sản phẩm thương mại, tiêu dùng, công nghiệp, y tế và khoa học. Phát xạ bức xạ thường được đo ở khoảng cách thử nghiệm 3 m hoặc 10 m.

Nguyên nhân gây nhiễu điện từ 

Thông thường có ba yếu tố chính gây ra EMI, đó là nguồn năng lượng tạo ra tín hiệu sóng hài, các cấu trúc giống ăng-ten như IO hoặc cáp nguồn phát ra sóng hài và một số đường ghép kết nối cả hai. Mặc dù nghe có vẻ đơn giản là chỉ cần loại bỏ nguồn năng lượng, đường ghép hoặc ăng-ten và EMI sẽ được giải quyết, nhưng thực tế không đơn giản như vậy. Điều đó cho thấy, máy hiện sóng hiện đại có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc khắc phục sự cố EMI (Hình 1).

Hình 1. Máy hiện sóng hiện đại có thể được sử dụng với que đo trường gần để theo dõi các nguồn EMI.

Trong khi hầu hết các nhà thiết kế nghĩ rằng máy phân tích phổ là công cụ tốt nhất để gỡ lỗi EMI, thì máy hiện sóng nhanh ngày nay với khả năng phân tích miền tần số và kích hoạt nâng cao có thể phù hợp nhất để kết hợp cả phân tích EMI miền thời gian và miền tần số. Một manh mối quan trọng khi mô tả đặc điểm EMI của mạch là hàm lượng sóng hài là băng thông rộng hay băng thông hẹp. Sóng hài băng thông rộng phần lớn đến từ nhiễu bus kỹ thuật số hoặc bộ chuyển đổi DC sang DC và xuất hiện dưới dạng các đỉnh rộng trong phổ tần số. EMI băng thông hẹp được tạo ra bởi đồng hồ USB hoặc ethernet của bộ xử lý và thường xuất hiện dưới dạng một chuỗi xung hẹp có liên quan sóng hài.

3 bước để xác định nguồn EMI

Nhiều nhà thiết kế sản phẩm có thể quen với cách sử dụng que đo trường gần để xác định “điểm nóng” EMI trên bo mạch PC và cáp nhưng có thể không biết phải làm gì tiếp theo với thông tin này. Sử dụng Tektronix Spectrum View được tìm thấy trên Máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp 4, 5 và 6 Series B làm ví dụ, đây là quy trình gồm ba bước để xác định lỗi phát xạ:

Bước Một – Sử dụng que đo trường gần – trường H hoặc E – để xác định các nguồn năng lượng và cấu hình phát xạ đặc trưng trên bo mạch PC và cáp bên trong. Các nguồn năng lượng thường bao gồm bộ tạo dao động xung nhịp, bộ xử lý, RAM, bộ chuyển đổi D/A hoặc A/D, bộ chuyển đổi DC-DC và các nguồn khác tạo ra tín hiệu số có tần số cao, biên độ nhanh. Nếu sản phẩm có vỏ bọc được che chắn, hãy thăm dò các đường nối bị rò rỉ hoặc các khe hở khác. Ghi lại đặc điểm phát xạ của từng nguồn năng lượng.

Bước hai – Sử dụng que đo dòng điện để đo dòng điện cáp tần số cao. Hãy nhớ rằng, cáp là cấu trúc có khả năng phát xạ năng lượng RF nhất. Di chuyển đầu dò qua lại dọc theo cáp để tối đa hóa dòng điện sóng hài cao nhất. Ghi lại đặc điểm phát xạ của từng cáp.

Bước ba – Sử dụng ăng-ten gần đó (thường là khoảng cách thử nghiệm 1 m) để xác định tín hiệu sóng hài nào thực sự phát ra (Hình 2). Để thực hiện việc này, có thể sử dụng ăng-ten chưa hiệu chỉnh được kết nối với MSO Tektronix 4/5/6 Series đặt cách sản phẩm hoặc hệ thống được thử nghiệm ít nhất 1m để đo lượng phát xạ thực tế.

Hình 2. Một số ăng-ten và phụ kiện có thể sử dụng.

Khi các nguồn phát xạ được xác định từ một hoặc nhiều bước trong số ba bước này, bạn có thể sử dụng kiến thức của mình về bộ lọc, nối đất và che chắn để giảm thiểu vấn đề phát xạ. Cố gắng xác định đường ghép nối từ bên trong sản phẩm tới bất kỳ dây cáp bên ngoài nào. Trong một số trường hợp, bảng mạch có thể cần được thiết kế lại bằng cách tối ưu hóa việc xếp chồng lớp hoặc bằng cách loại bỏ các dấu vết tốc độ cao vượt qua các khoảng trống trong mặt phẳng đảo ngược, v.v. Bằng cách quan sát kết quả trong thời gian thực với ăng-ten đặt cách xa nhau, giai đoạn khắc phục sự cố sẽ diễn ra nhanh chóng khi sử dụng các công cụ phân tích đa miền trong Máy hiện sóng MSO Tektronix 4/5/6 Series.

Để biết thêm chi tiết về khắc phục sự cố EMI, hãy tải xuống lưu ý ứng dụng – Khắc phục sự cố EMI từng bước với Máy hiện sóng MSO 4, 5 và 6 Series.