浅析数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC设计问题（一）

2020.10.05

一、现象描述

某款数码相机有一USB接口，外壳是塑料材质，内部控制电路印制板是双面板。进行辐射骚扰测试时，该数码相机的USB接口与计算机相连，并进行数据通信以模拟实际工作情况。

3 m法半电波暗室中的测试结果如图1和图2所示。图1为辐射骚扰测试接收天线水平极化时的测试频谱图，图2是辐射骚扰测试接收天线垂直极化时的测试频谱图。

数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC设计问题

图1 辐射骚扰测试接收天线水平极化时的测试频谱图

数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC设计问题

图2 辐射骚扰测试接收天线垂直极化时的测试频谱图

从图1和图2可以看出，该数码相机在辐射接收天线水平极化的情况下，有一点（频率为148．34 MHz）超过了EN55022标准中规定的CLASS B限值线的要求，还有一点（频率为194．9 MHz）只有0．38 dB的余量。该数码相机在辐射接收天线在垂直极化的情况下，也有几点只有很小的余量。

二、原因分析

USB接口能提供双向、实时数据传输，具有即插即用、可热插拔和价格低廉等优点，目前已成为计算机和数码相机等信息电子产品连接外围设备的首选接口。时下流行的USB 2．0具有高达480 Mb／s的传输速率，并与传输速率为12 Mb／s的全速USB 1．1和传输速率为1．5 Mb／s的低速USB 1．0完全兼容。这使得数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机等消费类产品可以与计算机进行高速、高性能的数据传输。

另外值得一提的是，USB 2．0的加强版USB OTG可以实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。USB接口的传输速率很高，周期信号及信号的谐波会通过传输电缆产生辐射骚扰。另外控制芯片和接口芯片在产生信号时，芯片的地与电源之间也会随信号的摆动，产生噪声。因此，通常用以下四种方法来抑制USB接口的EMI噪声，如图3所示。

图3 USB接口的EMI噪声

抑制措施（1）USB接口电缆会采用屏蔽电缆。（2）在USB接口电缆上套上铁氧体磁环。（3）而差分线对上则串联一个共模电感。共模电感由两根导线同方向绕在磁芯材料上，当共模电流通过时，共模电感会因磁通量叠加而产生高阻抗；当差模电流通过时，共模电感因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。如某型号为SDCW2012—2—900的共模电感在100 MHz的差模阻抗仅为4．6 Ω，如图4所示。

数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC设计问题

图4 共模电感频率衰减特性曲线

从图4所示的衰减特性也能看出，在USB接口电路中的共模电感对差分信号不会造成影响，主要是针对共模电流进行选择性的衰减。（4）USB接口电路和控制电路电源良好的去耦也是降低USB接口电路EMI噪声的重要部分。检查本案例中的数码相机，首先发现，数码相机侧的USB屏蔽电缆的屏蔽层与USB接口金属连接器采用的是“Pigtail”的连接方式，即屏蔽层在靠近金属连接器时，拧成一股长约3 cm的线，再焊接在金属连接器上。这是一个明显的连接缺陷，Pigtail的存在，相当于在屏蔽层上串联了一个数十纳亨的电感，它能够在接口的电缆屏蔽层上因屏蔽层电流的作用而产生一个共模电压。

随着频率的增大，Pigtail连接的等效转移阻抗也将迅速增大，这样不但会使屏蔽电缆完全失去屏蔽效果，而且可能产生额外的骚扰。改变数码相机中屏蔽电缆与金属连接器的连接方式，即将屏蔽电缆屏蔽层与连接器金属外壳进行环形360°搭接。更改后辐射骚扰测试接收天线水平极化时的测试频谱图和更改后辐射骚扰测试接收天线垂直极化时的测试频谱图分别如图5和图6所示。

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