某社保（终端/便民/访客）服务器终端EMC整改案例分析

邵 鄂，李 力，邵伟恒

（1. 工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610； 2. 广东德生科技股份有限公司 广州 510000）

某社保（终端/便民/访客）服务器终端EMC整改案例分析

邵 鄂1，李 力2，邵伟恒1

（1. 工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610； 2. 广东德生科技股份有限公司 广州 510000）

介绍了某社保（终端/便民/访客）服务器终端在电子产品电磁兼容认证中经常遇见的辐射骚扰和传导骚扰测试项目，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EMC认证。

电磁兼容；辐射骚扰；传导骚扰

引言

当今在某些农村金融社保、电子政务大厅、大型购物商场、中西餐饮服务业、高档百货商场、精品屋、便利店、银行服务业、互动多媒体、广告播放系统等场合经常可见到能够支持“中国移动、中国电信及中国联通的2G/3G通讯、二维码扫描、二代身份证识别、WIFI通讯、蓝牙通讯、拍照、指纹识别、IC卡读写”等功能的社保（终端/便民/访客）服务器终端（以下简称：终端）。此类终端产品的电路模块多、功能也较复杂；但从它使用的场合来看，往往对产品可靠稳定运行要求较高，然而这两者无疑是一对矛盾体。本文将围绕某终端进行中国强制性认证（China Compulsory Certification，CCC）电磁兼容试验项目-辐射骚扰、电源、电信端口骚扰电压测试，重点从PCB板级电路电磁兼容设计方面分析其测试不合格原因、并给出整改对策，最后总结出相关电子产品PCB板级电路电磁兼容设计的注意事项。

1 不合格现象描述

该终端产品进行EMC认证的主要依据是GB/T 17618-2015[1]《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》和GB/T 9254-2008[2]《信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法》。该终端产品进行EMC初次认证时，发射类和抗扰度试验大多数试验项目均存在不合格现象。由于本文将重点从PCB EMC设计角度剖析辐射骚扰和传导骚扰超标的机理。因此，以下仅给出电源端、电信端口传导骚扰及30 MHz-1 GHz辐射发射初次测试结果。

1）电源端口传导骚扰测试

如图1所示，电源端口传导骚扰仅13.56 MHz单频点发射高出限值（平均值）约10 dB。

2）电信端口传导骚扰测试

如图2所示，电信端口传导骚扰测试出现许多频点高出平均值限值不少dB，超标整体呈现出一根根毛刺状，超标频率间隔为340 kHz。

3）30 MHz-1 GHz辐射发射测试

如图 3所示，该终端产品辐射发射在175-450 MHz范围内大面积超标，尤其在218.75 MHz频点处超限值（40 dBuV/m）13.2 dB，且超标曲线像在200～400 MHz较高包络上叠加一些毛刺状的窄带干扰信号。

2 原因分析

2.1 传导骚扰超标分析

电源端传导骚扰测试的实质是测试电源线发射出的流过LISN内部的1 KΩ与EMI接收机内部50 Ω的并联后约50 Ω上电流大小。

1）13.56 MHz超标原因分析

从图1电源端传导骚扰测试结果出现13.56 MHz超标，并且27.12 MHz虽然没有超标，但仍然通过电源端口发射出来了。因此，可初步判断终端产品内部有13.56 Mz的窄带骚扰源；通过查看终端电路原理图和芯片数据手册，找到二代身份证是利用13.56 MHz的RFID系统进行非接触式身份识别。因此，导致13.56 MHz发射超标的源头是二代证接口板的13.56 MHz晶振，它布局在二代证接口板的PCB边沿，且数据的读写访问、二代证接口板的电源均是通过接插件进行交换的。这种PCB设计缺陷容易导致差模电流难以从最短阻抗路径回到源头，从而使13.56 MHz差模信号易转换为共模信号[3]，并由二代证读卡器的电源线以传导方式将13.56 MHz发射出去。

图1 传导骚扰电源端初次测试结果

图2 传导骚扰电信端口初次测试结果

图3 辐射发射初步测试结果

2）340 kHz及高次谐波超标原因分析

从图2电信端口传导骚扰出现一根根毛刺似的窄带信号超标，两超标频点间隔为340 kHz。因此，可初步判断网口信号或电源上存在340 kHz窄带干扰信号，至于此干扰信号如何串扰到网线上去的需要进一步对核心板和接口板电路原理图、芯片数据手册以及PCB布局和布线进行一一核对。经核查，开关电源芯片MP1484（美国芯源系统有限公司制造）固定开关频率正好是340 kHz。这与图2的测试结果不谋而合。因此，可以基本锁定是开关电源芯片MP1484的开关频率及其高次谐波导致一根根毛刺状的窄带信号超标。

2.2 辐射发射超标原因分析

如图4中箭头所示，用近场磁场探头在核心板上沿摄像头驱动排线进行近场扫描，发现更改屏的分辨率后，出现的超标频点均不一致。当屏幕分辨率最高为1 080 P时，在43.75 MHz、131.25 MHz、和218.75 MHz频点超标幅度较大，细心便可发现131.25 MHz、218.75 MHz分别是43.75 MHz的3倍频和5倍频。因此，初步判断是图4中箭头所示的密集并行印制线把43.75 MHz及高次谐波发射出来，至于具体是那根走线辐射出来，需要对摄像头工作原理进行深入分析。

摄像头工作的流程如下：RAM收到拍照指令后，给摄像头传感器传输25 MHz参考时钟，并通过I2C总线对摄像头的分辨率、曝光率和色度等参数进行配置；然后摄像头根据参数配置自动计算出数据回传同步时钟CAM_PCLK，同时将编码后的8位并行数据沿着图4中箭头指示回传给RAM。当摄像头分辨率最高时，自动计算出的CAM_PCLK正好是43.75 MHz。从图4中可以估算CAM_PCLK的布线长度约15 cm，加之定焦摄像头连接器到CMOS传感器FPC布线约10 cm，因此CAM_ PCLK总长已达25 cm，CAM_PCLK布线长度已经不再是“电小尺寸”了，已构成有效的辐射天线将CAM_PCLK及其高次谐波发射到空间。

3 整改措施及效果

3.1 传导骚扰整改措施

1）新增屏蔽电感

开关电源芯片MP1484输入端由原来短接更换为220 uH的屏蔽电感，破坏掉了MP1484开关频率发射条件。

2）更改RFID身份识别流程

更改后的RFID身份识别软件流程图如图5所示。

图4 核心板摄像头接口布线

图5 二代证RFID身份识别流程图

由于更换电感后，对终端进行电源端和电信端传导骚扰复测仍然存在13.56 MHz超标。二代身份证模块是由相关部门指定生产，只有一个由插孔构成的数据读写接口。因此，二代证接口板的设计受到供电、尺寸大小和安装位置等因素限制，加之RFID身份识别系统没有必要进行连续不断的发射射频信号。因此，基于身份访问习惯，通过修改ARM和二代证接口板MCU软件流程，以达到“点击一次，识别一次”，使整个传导测试过程中连续不断发射13.56 MHz的射频信号，变成仅在身份识别一次的过程中才开启二代证读写访问功能。从而大大减小了13.56 MHz载波射频信号耦合到电源线上的风险。

通过以上两项措施，整改后电源端、电信端口传导测试结果见图6和图7所示。340 kHz和13.56 MHz及高次谐波均未再出现，且各个频点均有较大裕量。

3.2 辐射骚扰整改措施

终端产品在自动对焦或定焦摄像头工作时，辐射超标最严重。由于某些客观因素未能对核心板进行PCB重新改板优化设计。因此，对辐射发射超标只能从其他角度展开整改。

辐射发射整改措施如下：

1）缩短底板和上盖板之间的互连线束，对互连线束进行双绞，并对互连线束两端套磁环吸收。

2）对摄像头并行走线的FPC进行严格的阻抗控制，将CMOS工作的时钟由ARM通过走线提供改为固定在摄像头板上25 MHz晶振提供，并将摄像头PCB底层进行屏蔽。

3）对终端底板和上盖板的内壁进行喷导电油漆，使43.75 MHz及其高次谐波屏蔽在机壳内部，需注意的是导电漆受温度影响较大，时间久了易老化脱落，因此，使用此种方案时需慎重考虑。

通过以上几种措施，辐射发射整改后测试结果见图8所示。

图6 传导骚扰电源端口整改后测试结果

图7 传导骚扰电信端口整改后测试结果

图8 辐射骚扰整改后测试结果

4 结束语

本文通过对终端产品传导骚扰和辐射骚扰整改案例分析，旨在说明类似产品在PCB EMC设计时需重点关注以下两点：

1） PCB设计需结合产品结构设计。对于塑料外壳产品，未能起到有效的电磁屏蔽；另建议能用金属的优选金属作为产品外壳。另外，对电路功能复杂的产品，尽量在同一块PCB上实现，即使需要由多块PCB来实现电气功能，各PCB间的信号连接的处理需特别谨慎。如单板PCB各电源端口需进行TVS过压钳位抑制、各通讯接口需做滤波处理、阻抗控制等，以减少共模电压驱动连接线束导致的共模辐射和增强PCB抗电磁干扰的能力。

2） 开关电源设计。对于单板EMC设计来讲，开关电源带来的电磁骚扰超标风险很大。开关管在导通或关断瞬间，转换时间大多小于100 ns[4]，由此导致较大的di/dt（V=Ldi/dt），开关电源PCB设计时需尽量减小由过孔、走线带来的寄生电感L。因此，在设计时布线需尽量宽而短、去耦电容就近放置在开关芯片引脚处、优选屏蔽电感以及避免或减小开关环路等。

[1] GB/T 17618-2015,信息技术设备抗扰度限值和测量方法[S].

[2] GB 9254-2008,信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法[S].

[3] 江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京：机械工业出版社,2006.3

[4] 精通开关电源设计：第2版/（美）马尼克塔拉（Maniktala,S）著；王健强等译[M].北京：人民邮电出版社, 2015.1.

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。

EMC Rectifcation Case Analysis of A Server Terminal for Social Security (Terminal/ Convenience/Visitor)

SHAO E1, LI Li2, SHAO Wei-heng1
(1. CEPREI, Guangzhou 510610; 2. TECSUN, Guangzhou 510000)

This paper introduces the EMC test items of radiation disturbance and conducted disturbance, which are frequently encountered in the EMC certification of the terminal of a social security (terminal/ convenience/visitor) server, focusing on the analysis of the unqualified test of PCB board level EMC design. Then it gives related corrective measures and verifies their effects. Finally, it summarizes EMC design precautions in electronic product design in order to give electronic product design engineers to provide a reference to a higher probability of a one-time through the EMC certification.

EMC; radiation disturbance; conducted disturbance

TN609

B

1004-7204（2016）06-0009-05