EMI 拖累 Virgin Galactic 的 SpaceShipTwo 發射：別讓此事發生在您身上

在閱讀 Virgin Galactic 近期的一份電話財報會議文字稿時，我再次深刻認識到處理電子系統內電磁干擾 (EMI，又稱為無線電頻率干擾 RFI) 的重要性，該文字稿提到：「在 12 月的測試飛行中，火箭馬達在開始點火序列時停止了，因為板載火箭馬達電腦失去了連線...我們已找出問題並隔離成因，最後確認這是電腦可能因電磁干擾造成的重開機所致。」根據文字稿說明，他們安裝了全新的飛行控制電腦系統，而此系統是所測試的元件之一。

文字稿接著說明：「EMI 是航太領域相當常見的難題。而在 1 月，我們繼續進行修改作業，專用於降低 EMI 量並為某些系統提供更佳的保護...完成此工作估計約需八至九週，因此推斷下次的飛行測試將會在 5 月進行 [原本排定在 2 月]。」

圖 1：Virgin Galactic 的 SpaceShipTwo (又稱為 VSS Unity)，在 2019 年超音波測試飛行後滑翔回到地球。(圖片來源：Virgin Galactic)

與 EMI 有關的疑難排解作業可能相當棘手。雖然全新控制電腦系統的重開機造成任務中止，而重開機已確定為 EMI 所致，但由於缺乏其他資料，因此很難知道 EMI 是如何被判定為實際的問題來源，及其對系統造成的確切影響。無論如何，這事件已清楚展現出良好的 EMI 偵測，以及設計前進行風險緩解的重要性。即便如此，若要事先排除所有可能發生 EMI 的狀況，仍舊是困難重重，因此下一步便是在偵測到狀況時減緩風險。

過濾出 EMI

幸好，設計人員有多種選項可用來處理 EMI，包括訊號線與數據線上的濾波器、可進行 EMI 放射控制的電源輸入濾波器，以及設計客製化 RF 濾波解決方案常用的 EMI 過濾元件套件。現在讓我們檢視這三款產品，分別來自 Bourns、TE Connectivity Corcom Filters 和 TDK。

EMI 網路濾波器：電腦、電信設備、影音設備及工業系統的設計人員可使用 Bourns 的 EMI T 網路濾波器，而這些濾波器可提供十種不同 25 dB 衰減範圍 (圖 2)。

圖 2：EMI T 網路濾波器可為設計人員提供十種不同的 25 dB 衰減範圍選擇，並可在高頻下提供絕佳的雜訊過濾功能。(圖片來源：Bourns Inc.)

這些 T 網路濾波器的衰減頻率範圍為：從 EMI220T-RC 的 800 至 1000 MHz，一直向下降至 EMI103T-RC 的 15 至 200 MHz。若某個電路板或子電路會受到特定 EMI 頻率範圍的影響，則加入一款這種輕巧型濾波器，即可減緩發生問題的風險。

電源輸入濾波器：切換電力轉換器可說是造成 EMI 的重大來源。標準電源輸入濾波器可用來加強濾波功能，也能提供不同程度的 EMI 減緩效果。若將現有的濾波器換成較高效能的濾波器，也有可能消除有害的放射。

TE Connectivity Corcom Filters 的 X、Y、Z 系列提供了三種效能等級，旨在讓多數的數位設備 (包括帶切換式電源供應器的設備) 均能符合特定的 EMI 放射限制。具體而言：

• X 系列是專為符合 FCC 第 15J 條 B 類傳導放射限制所設計。
• Y 系列是專為符合 EN55022 A 級與 FCC 第 15J 條 B 類傳導放射限制所設計。
• Z 系列是專為符合 EN55022 B 級與 FCC 第 15J 條 B 類傳導放射限制所設計。

這些濾波器具有通孔式板式安裝，或外接式安裝配置 (圖 3)。

圖 3：TE Connectivity Corcom 的 X、Y、Z 系列電源輸入濾波器，具有板式安裝 (左) 和外接式安裝 (右) 等樣式。(圖片來源：TE Connectivity Corcom Filters)

舉例來說，3EXP (左) 是一款專為通孔式安裝而配置的 3 A 低漏電 ( 低於 0.5 mA)、250 V AC 單相線路濾波器。

客製化 RF 濾波器設計的套件

當然，EMI 問題可能是新電腦系統更容易受到其他鄰近子系統 (如某個 RF 區段) 的放射影響所致。雖然我往往都能使用標準的濾波器解決電源供應器的 EMI 問題，但對於 RF 區段而言，通常需要使用客製化濾波器設計。為了協助設計人員解決此問題，TDK Corp. 提供了 RF-KIT 這款 RF 濾波器元件套件，可用於以 900 MHz 和 2.4 GHz 運作的系統。此套件含有 290 件，共 29 種數值；每種都有 10 種不同的表面黏著式濾波器元件，同時包括平衡不平衡轉換器、多工器和 RF 濾波器。

圖 4：TDK Corp. 以 290 件的 RF 濾波器設計套件簡化 900 MHz 和 2.4 GHz 頻帶的客製化濾波器設計。(圖片來源：TDK Corp.)

結論

要找出 EMI 問題並予以解決可能相當棘手，而且這些問題可能還會拖累系統效能。從 SpaceShipTwo 的經驗可知，儘可能在設計早期徹底的測試並找出 EMI 問題有多麼重要。在設計週期晚期出現的 EMI 問題，可能導致嚴重的延遲。幸好，設計人員可採用多種途徑來同時減緩 EMI 影響和放射問題。