擔(dān)憂“電磁干擾”成隱形殺手？ 寧暢工程師一招守護(hù)服務(wù)器穩(wěn)定

提起電磁波,總讓人聯(lián)想到電視機(jī)的雪花屏以及廣播的沙沙聲。原本強(qiáng)度、頻率整齊的電磁波,因各種干擾變得不穩(wěn)定導(dǎo)致視聽(tīng)不暢。

在電子設(shè)備中,這種不穩(wěn)定電磁波形成的高能波峰,便成為EMI(電磁干擾)對(duì)周邊設(shè)備造成耗損。EMI一直被視為電子設(shè)備的隱形殺手,相比一般使用環(huán)境及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。放置在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器內(nèi)部空間小、敏感器件多、功率密度高、配電復(fù)雜,加之成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器一起運(yùn)轉(zhuǎn),龐大數(shù)量的電子設(shè)備使EMI問(wèn)題更加突出。

近日,新銳服務(wù)器廠商寧暢工程師,便就產(chǎn)品預(yù)研過(guò)程中如何解決服務(wù)器EMI問(wèn)題公布了一種解決方案,寧暢工程師用各種辦法,才將不穩(wěn)定的電磁波變?yōu)椤罢R”的“寧暢波”。

寧暢信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司(簡(jiǎn)稱“寧暢”)是集研發(fā)、生產(chǎn)、部署、運(yùn)維一體的服務(wù)器廠商,及IT系統(tǒng)解決方案提供商。寧暢可結(jié)合用戶需求,提供全方位深入定制化服務(wù)。

解決案例:

問(wèn)題:電磁干擾達(dá)250mV

寧暢硬件工程師測(cè)試某主板系統(tǒng)100M CLK信號(hào)有疊加570kHz左右的周期性脈沖,信號(hào)上下疊加干擾峰值高達(dá)250mV,導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量不符合SI Spec要求。圖片如下:

查找原因

一、查看原理圖,此信號(hào)是由100MHz CLK發(fā)生器經(jīng)過(guò)Buffer輸出至各PCIe Slave設(shè)備,測(cè)試發(fā)現(xiàn)CLK3有周期性干擾。測(cè)試Buffer輸出其他信號(hào),發(fā)現(xiàn)CLK1也有干擾,但是其他通道CLK信號(hào)此干擾很小,排除此Buffer芯片本身問(wèn)題或芯片供電影響。

二、查看PCB對(duì)比CLK信號(hào)走線差異,CLK2走線布在BOT層,CLK3走線布在BOT和內(nèi)層。兩組信號(hào)在BOT層走線沒(méi)有太大差異,初步排除BOT層干擾。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查,CLK3內(nèi)層走線的上下兩層是完整的GND參考層,走線間距滿足手冊(cè)要求,層內(nèi)其他信號(hào)干擾也可排除。單獨(dú)測(cè)試GND信號(hào),發(fā)現(xiàn)有560kHz周期性干擾,初步定位干擾源。

三、這種低頻率噪聲首先懷疑來(lái)源是開(kāi)關(guān)電源的PWM信號(hào)。

采用如下幾種替代實(shí)驗(yàn),來(lái)驗(yàn)證源頭:

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可初步判斷是合路緩起芯片工作中產(chǎn)生的干擾通過(guò)GND層耦合到了CLK信號(hào)。

原因分析

根據(jù)合路芯片規(guī)格書,查看其內(nèi)結(jié)構(gòu)框圖,發(fā)現(xiàn)其有兩路輸出,OUT1輸出鏈路沒(méi)有經(jīng)過(guò)PWM開(kāi)關(guān)鏈路,中間只是經(jīng)過(guò)一些MOSFET,其功能主要是均流作用,不是原因所在。而OUT2部分沒(méi)有詳細(xì)框圖,從其Spec可以得到其開(kāi)關(guān)頻率典型值有兩個(gè):510kHz和480kHz。懷疑此部分電路為干擾源。

尋找解決方案

找到源頭了,接下來(lái)就要解決問(wèn)題。將此問(wèn)題定位為EMI問(wèn)題,通常解決辦法有3種:

1.抑制干擾源;2.切斷耦合路徑;3.保護(hù)被干擾源;

實(shí)際分析、解決及驗(yàn)證過(guò)程:

為降低噪聲和干擾,增加濾波電容是一個(gè)可選的解決途徑,嘗試在輸入和輸出增加濾波電容實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

恢復(fù)問(wèn)題板卡初始狀態(tài),將板卡安裝至機(jī)殼,并通過(guò)多根粗線將板卡GND信號(hào)連到地。測(cè)試干擾大幅度減少,且接地線越多,干擾幅值越小,CLK信號(hào)干擾減小到50mV左右,在Spec要求范圍內(nèi),問(wèn)題解決。

經(jīng)驗(yàn)及反思

1.在使用隔離電源的板卡中需要格外關(guān)注EMI問(wèn)題。

2.EMI問(wèn)題解決手段有些是矛盾的,需要靈活合理利用。比如切斷耦合路徑需要去掉隔離電源兩端的EMI電容,而抑制干擾源需要將EMI電容加上。

3.因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境有些差距,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不一定是實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,所以對(duì)部分測(cè)試結(jié)果要持懷疑態(tài)度。

4. EMI干擾是共模干擾,單純電容濾波難以解決。

綜上所述:在面對(duì)板卡調(diào)試的各種疑難雜癥時(shí),要學(xué)會(huì)多加思考和各種嘗試,窮盡所有手段,在看似各種相互矛盾的解決辦法中尋找合適的方案。

圖說(shuō):寧暢2U雙路機(jī)架服務(wù)器R620,歷經(jīng)上千項(xiàng)測(cè)試與優(yōu)化

5000項(xiàng)測(cè)試模型助降20%網(wǎng)建成本

寧暢工程師介紹,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)階段階段,寧暢服務(wù)器內(nèi)的每一塊硬件板卡均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的板級(jí)測(cè)試流程,包括:硬件PowerOn測(cè)試、PI測(cè)試、SI測(cè)試等,每個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)超過(guò)300個(gè),覆蓋并驗(yàn)證所有底層設(shè)計(jì),為產(chǎn)品質(zhì)量保駕護(hù)航。

此外,為高效、高質(zhì)量地完成客戶需求的定制化服務(wù)器項(xiàng)目。寧暢整機(jī)測(cè)試部門,積累了5000項(xiàng)測(cè)試模型,并實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化”測(cè)試、自動(dòng)在線數(shù)據(jù)采集分析等技術(shù),全自動(dòng)化測(cè)試程序?qū)?至5日的工作縮短至20小時(shí)內(nèi),幫助客戶降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本20%,提高運(yùn)維效率30%以上。

除以上測(cè)試外,為保障定制服務(wù)器產(chǎn)品的穩(wěn)定性,寧暢產(chǎn)品還需經(jīng)過(guò)抗振動(dòng)測(cè)試、抗干擾測(cè)試、碰撞測(cè)試、溫濕度測(cè)試、耐腐蝕等近百項(xiàng)穩(wěn)定性測(cè)試與優(yōu)化。