某系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)-實(shí)驗(yàn)室、系統(tǒng)-單機(jī)、單機(jī)-模塊、多線纜-單線纜輻射干擾整改案例
1. 問(wèn)題描述
某機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)所有設(shè)備開(kāi)機(jī)工作時(shí)，某重要K設(shè)備出現(xiàn)設(shè)備誤判和錯(cuò)判，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。
2. 故障診斷
查看整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)分別由A、B、C.....等若干臺(tái)分設(shè)備組成。開(kāi)啟系統(tǒng)所有分設(shè)備，確定故障復(fù)現(xiàn)之后，除敏感設(shè)備K之外，逐一對(duì)A、B ...等等所有分設(shè)備斷電，當(dāng)斷開(kāi)C設(shè)備時(shí)，K設(shè)備工作正常，故障消失。再次開(kāi)啟C設(shè)備，故障再次復(fù)現(xiàn)，因而確定干擾源為C設(shè)備，如圖1所示。
圖1 逐一斷開(kāi)系統(tǒng)分設(shè)備確定干擾源
查看C設(shè)備，如圖2所示。
圖2 產(chǎn)生故障的C設(shè)備
從圖2可以看出，C設(shè)備包括#1-#7共7個(gè)模塊、1塊背板和8根I/O連接線纜，需要確認(rèn)產(chǎn)生干擾的模塊和電路。
開(kāi)啟系統(tǒng)所有分設(shè)備，確定故障復(fù)現(xiàn)之后，逐個(gè)拔除干擾源C設(shè)備的#1-#7模塊，當(dāng)斷開(kāi)#5模塊時(shí)，K設(shè)備工作正常，故障消失，再次開(kāi)啟#5模塊，故障復(fù)現(xiàn)，因而確定干擾源為#5模塊，如圖3所示。
圖3 逐一拔掉設(shè)備各模塊確定干擾的模塊
查看和分析C設(shè)備#5模塊，并與敏感設(shè)備K廠家工程師溝通確認(rèn)，K設(shè)備對(duì)125MHz信號(hào)敏感，#5模塊25MHz晶振可能是干擾源。在EMC實(shí)驗(yàn)室測(cè)試C設(shè)備輻射發(fā)射，如圖4所示。
圖4 C設(shè)備輻射發(fā)射（整改前）
從圖4可以看出，C設(shè)備#5模塊25MHz時(shí)鐘產(chǎn)生的5次諧波125MHz輻射場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到53dBuV/m，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值16dB。查看#5模塊原理圖25MHz時(shí)鐘電路，如圖5所示。
圖5 #5模塊25MHz時(shí)鐘原理圖設(shè)計(jì)
從圖5可以看出，晶振時(shí)鐘直接到IC，晶振電源無(wú)任何濾波，CLK輸出也無(wú)阻尼電阻，因此確定干擾源為#5號(hào)模塊25MHz時(shí)鐘。
3. 原因分析
C設(shè)備已經(jīng)設(shè)計(jì)定型，廠家要求不能改動(dòng)單板，因此只能從結(jié)構(gòu)和線纜整改，確定線纜或結(jié)構(gòu)輻射發(fā)射的診斷流程，如圖6所示。
圖6 確定機(jī)箱or線纜輻射診斷方法
拔掉C設(shè)備除電源線以外的所有信號(hào)線纜，排查產(chǎn)生問(wèn)題的線纜，此時(shí)C設(shè)備輻射發(fā)射如圖7所示。
圖7 拔掉除電源線以外所有信號(hào)線纜
從圖7可以看出，125MHz干擾直接消失，因此，判定125MHz時(shí)鐘干擾由信號(hào)線纜引起。確認(rèn)信號(hào)線為耦合途徑后，開(kāi)啟設(shè)備，逐一插上#2-#8信號(hào)線纜，當(dāng)插接#5和#6線纜時(shí)，125MHz干擾頻譜接近圖4頻譜，因此確定導(dǎo)致問(wèn)題的為#5和#6線纜。
所有信號(hào)線纜都為屏蔽線纜，萬(wàn)用表測(cè)量也與機(jī)箱連接，拆除航插連接器和線纜絕緣護(hù)套，發(fā)現(xiàn)線纜屏蔽層與連接器為“豬尾巴”連接，如圖8所示。因此，判定線纜屏蔽層搭接不良是產(chǎn)生問(wèn)題的原因。
圖8 線纜屏蔽層與金屬機(jī)箱“豬尾巴”連接
4. 整改措施
將線纜屏蔽層與金屬連接器360°導(dǎo)電搭接，如圖9所示。
圖9 線纜屏蔽層與金屬連接器360°搭接
5. 實(shí)踐效果
將屏蔽線纜360°端接好之后，再次在驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)125MHz干擾比整改前降低26dB，如圖10所示。
圖10 C設(shè)備輻射發(fā)射（整改后）
將整改后的C設(shè)備拿到現(xiàn)場(chǎng)，和系統(tǒng)連接好之后開(kāi)啟現(xiàn)場(chǎng)所有分設(shè)備，此時(shí)K設(shè)備工作正常，故障解決。
【島主點(diǎn)評(píng)/點(diǎn)睛】
現(xiàn)場(chǎng)、大系統(tǒng)、多設(shè)備、多模塊、多線纜...產(chǎn)品具備以上其中任何一個(gè)特征，如若出現(xiàn)EMC問(wèn)題，都已經(jīng)極具挑戰(zhàn)，更何況同時(shí)具備，豈不要人命！譬如飛機(jī)、高鐵、工業(yè)廠房等等系統(tǒng)自干擾。本案例某飛機(jī)的系統(tǒng)自干擾問(wèn)題，正好具備全部以上特征，經(jīng)過(guò)縝密的診斷和分析，通過(guò)把錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題抽絲剝繭層層展開(kāi)后成功化解。本案例系統(tǒng)的總結(jié)了復(fù)雜大系統(tǒng)EMI問(wèn)題診斷和排查方案，以及解決思路和方法，全文如行云流水般把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化娓娓道來(lái)，舉重若輕，體現(xiàn)了大智慧。
