RFI:使设计远离噪声

技术分类: 模拟设计  消费电子设计  | 2008-03-31
Paul Rako,EDN技术编辑

  讨厌的RF

  一个破碎晶圆的故事

  一家大型半导体设备公司照例遇到了严重的 EMI(电磁干扰)敏感性问题。机器对 EMI 过于敏感,英特尔甚至要禁止工人在车间使用收音机。这个禁令的起因是一位工人在机器旁按下了自己收音机的一个按键,造成机器的重新启动,最终损失了大量昂贵的微处理器。

  当在该公司作咨询时,我注意到机械工程师在多个点将机器框架连接到了电源回路(或地回路),这是一种不良做法。他们应将编好的电源电缆屏蔽层(而不是返回电路)接到机器框架上。即使两根线有直流连接,很像家庭布线中的地线和中性线,它们的功能也不同。这些工程师让屏蔽悬浮,而将电源回线连接到机架上,就造成了一组接地回路。我说破了嘴皮,部门的领导(他过去曾是一名机械工程师)也不相信应将屏蔽层连接到机架上,而电源回路只能以一点连接到机器框架,也许还要用一只电感,使公共电路隔开机架上的噪声,并使公共电路中的噪声不能进入机架。这种方法可以使机器的接地成为一个可知系统,工程师可以对其作评估和控制,因此无论客户在哪里安装机器,都可以正常运行。

  部门领导并不打算纠正电缆接地和电源回路问题,因为这个过程不但需要工程师修改电缆布局图,而且还要移动或增加机器框架上的孔,以配合电缆屏蔽环的端子。由于缺乏理解,再加上典型的大公司官僚惰性,该公司的 RFI(射频干扰)敏感性问题持续了很多年。

  另一个故事

  我在为另外一家半导体设备制造商作咨询时,遇到了另一个 RFI 问题。这次我们试图获得 TUV(Technische 焍erwachungs-Verein,技术监督协会),以认证该机器的 CE(Conformit?Europ巈nne)标志。带着大多数抗扰度与 EMI 符合性问题,该机器正在码头上等待装船运往欧洲。抗扰度测试中的第一个问题是控制屏上出现静电和“雪花”。我们打算说服检验者这种静电不算故障。我们认为,尽管这不是希望的情况,但操作者仍能读取屏幕。得到对屏幕的让步后,我们继续使机器工作在 RF 辐射下。让我们感到恐怖的是,晶圆升降机撞坏在一块晶圆上,将其撞成数百个碎片。然后机器重新启动,回到正常状态。

  TUV 检查人员不会允许这种过度敏感性。故障涉及一个电动部件,它可能有安全危害。我们对这个抗扰问题作了实验,很快发现我们用于晶圆定位的 Banner Engineering 传感器读数不对,或者不读取位置。我们在传感器导线上放置磁珠。结果是,虽然计算机不再重新启动了,但晶圆仍会被打碎。我们已经准备把问题责任算在 Banner 器件上。所幸,我们将情况告诉了检查人员,他问我们如何将传感器连接到计算机。我解释说,我们全程使用了屏蔽电缆,一直到进入有屏蔽的计算机机箱。TUV 检查人员问在电缆上是否有连接器。我说有一只,就在 Banner 尾端和我们电缆的始端。

  情况是这样,设计电缆的机械工程师使用了红砖色的四脚 Amp 公司 MR(微型直角)连接器。两个脚用于电源和地,第 3 只脚用于传感器信号。它们都通过第 4 只连接到屏蔽上。问题是,他们在电缆两侧各撕开了 2 英寸的屏蔽层,然后将它捆起,压入管脚。连接器采用一种简单的塑料壳,本身不具备屏蔽功能。TUV 检查人员指着工程师从电缆上拉开的 4 英寸屏蔽层说:“在 RF 下,这就是一个开放电路。”另外,靠近屏蔽层的 4 英寸非屏蔽线有足够的长度导入高频 RF。我们改用金属壳的 9 针 D 形连接器,于是机器就顺利通过了 RFI 符合性测试。

  一个汽车的故事

  30 年前,我在底特律做一名汽车工程师。我所在的公司遇到了很多 RFI 问题。首先,点火系统是用于排放控制的高能系统。其次,汽车的内挡泥板现在都是塑料品而不是金属的。第三,打算进口这些汽车的国家之一加拿大规定了严格的 RFI 发射法。最后,汽车上越来越多的电路都有 EMI/RFI 问题。为降低辐射,我们用一根接在车身引擎罩上的小接地搭扣将汽车引擎“接地”。我们仍然有高频 RF 噪声,这让许多人很困惑。

  福特汽车公司的一名工程师 Ed Winstead 曾就职于 Army Radio Corps,他解释说,将一个大金属车罩的一角接地只能阻挡那些波长大于车罩尺寸的辐射。在数百兆赫以上频率时,汽车车罩可能已相当于不存在了,对屏蔽不起作用。对于辐射来说,重要的是在源头的抑制,而不是采用各种措施将其赶走。

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