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一次涉及emc的debug过程

已有 2712 次阅读| 2014-12-14 21:02 |个人分类:模拟电路设计

用座机打电话，当旁边的手机有短信或者来电时，座机会提前嘟嘟嘟的响。一般查资料会认为这是手机的辐射干扰到了座机，专业术语叫emc= emi/ems，i对于发射，s对应接收（之前这里写错了，现在已改。emc：电磁兼容，emi是针对发射，ems针对接收，统称电磁兼容）。

虽然对这个现象早已熟悉，对这个原理也看了一些书籍，但真正碰到要解决的时候，还是兜了个大圈子。

前一阵做一颗芯片，旁边一打手机，芯片的输出也是会附带“来电显”。同样类似功能的芯片就没这个问题。因此作为一个bug开始抓虫过程。

先是有先锋官去不管三七二十一的实验。他先根据现象，反推受干扰的pin，然后用示波器观察，的确看到这个pin上有脉冲跟随手机拨号过程。很显然这是一个emc过程。这个pin是一个比较器的输入，为了防止干扰在外部还有一个小电容滤波。作为实验，我们增大了电容，效果更差，而减小电容效果更好。最后他的结论是应该把电容去掉。

但是我们的常识是电容是为了滤波用的，所以这里有严重的实践与理论偏离。

我也是从干扰从空间电磁辐射传来出发的。不过仅仅这点理论储备似乎显得不足，电路板上的各个环路会引入什么样的干扰，似乎基础知识都还回去了。于是先做实验，用示波器在各处看波形，希望能直接看到在哪个回路引入了干扰。另一方面就是把pcb进一步简化，看哪个回路去除后就好转。没想到这个实验方法把我们引入了歧途。经过几天的排除法，我们似乎看到了引入干扰的回路。但顺着这个思路继续，做出一个毫无意义的结果：芯片放在那里，就能看到pin上的干扰波形，与pcb回路无关。这简直是出乎意料，难道是芯片内走线有问题？最后我直接用示波器观察一个导线，发现同样有干扰波形。结论就是示波器本身引入了新的干扰回路。这有些像量子力学了。所以接下来是不能用示波器这里看来看去了，只能从芯片表现来猜测干扰的大小。（根据许多文献的记载，需要把示波器的接地线去掉，换一个自制的局部接地线就可以避免这个问题）

刚才说了，输入pin有一个电容。这个电容的地没直接和芯片地连接，而是在电源输入处实现星形连接。从这个事实出发，我飞了一根线把这两个地连起来，然后断开原来的走线。芯片的表现有所不同。但是由于这个干扰源本身就不可靠，所以没法直接认定这个方法是对的。从理论出发，这时我才想通了干扰是从地回路引入的：两边的地在输入连接，然后一头去了电容，达到比较器的输入，比较器的输入另一端参考相当于芯片地，又走另一根线去了输入。当有辐射时，等于在这个回路里引入了一个电压源，电压源除以整个回路的阻抗形成电流，然后根据不同位置的阻抗决定了各处的电压。那么解决办法一种是减小回路面积，这已经通过实验确认。另一种是改变这个回路的阻抗。去除电容，等于在高频下增加了阻抗，那么另一种就是增加电感，于是我给这个地方加了个磁珠，也起到了效果。再一种方法就是改变pcb，减小回路面积。在新改的pcb上，也确实验证没有问题。至此，这个问题基本算解决了。不过还是留下了一些技术问题需要进一步思考。

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什么问题呢？就是这种打电话干扰的事情不是发生一次两次了。之前其他项目碰到过，怎么解决的？他们当时也说不清原理，改过几次版之后就消失了。我们另一个项目也碰到过，当时也没有解决。这次解决了，但是发现是一个板级问题。那么之前的也是板级问题吗？这也永远没有答案。那么芯片级是否会发生类似的事情，如果有，又是什么机制？芯片级相对走线短，环路面积也小，干扰如何进入电路？一个独立的导线是否可能会引入干扰（通过天线机制），或者不适当的接地是否会引入干扰？这个似乎RF的人碰到的更多些。