擔憂“電磁干擾”成隱形殺手？ 寧暢工程師一招守護服務器穩(wěn)定

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

在電子設備中,這種不穩(wěn)定電磁波形成的高能波峰,便成為EMI(電磁干擾)對周邊設備造成耗損。EMI一直被視為電子設備的隱形殺手,相比一般使用環(huán)境及產品結構。放置在數(shù)據(jù)中心的服務器內部空間小、敏感器件多、功率密度高、配電復雜,加之成千上萬臺服務器一起運轉,龐大數(shù)量的電子設備使EMI問題更加突出。

近日,新銳服務器廠商寧暢工程師,便就產品預研過程中如何解決服務器EMI問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”。

寧暢信息產業(yè)(北京)有限公司(簡稱“寧暢”)是集研發(fā)、生產、部署、運維一體的服務器廠商,及IT系統(tǒng)解決方案提供商。寧暢可結合用戶需求,提供全方位深入定制化服務。

解決案例:

問題:電磁干擾達250mV

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

查找原因

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

二、查看PCB對比CLK信號走線差異,CLK2走線布在BOT層,CLK3走線布在BOT和內層。兩組信號在BOT層走線沒有太大差異,初步排除BOT層干擾。經(jīng)過仔細檢查,CLK3內層走線的上下兩層是完整的GND參考層,走線間距滿足手冊要求,層內其他信號干擾也可排除。單獨測試GND信號,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源是開關電源的PWM信號。

采用如下幾種替代實驗,來驗證源頭:

通過以上實驗可初步判斷是合路緩起芯片工作中產生的干擾通過GND層耦合到了CLK信號。

原因分析

根據(jù)合路芯片規(guī)格書,查看其內結構框圖,發(fā)現(xiàn)其有兩路輸出,OUT1輸出鏈路沒有經(jīng)過PWM開關鏈路,中間只是經(jīng)過一些MOSFET,其功能主要是均流作用,不是原因所在。而OUT2部分沒有詳細框圖,從其Spec可以得到其開關頻率典型值有兩個: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,接下來就要解決問題。將此問題定位為EMI問題,通常解決辦法有3種:

1.抑制干擾源;2.切斷耦合路徑;3.保護被干擾源;

實際分析、解決及驗證過程:

為降低噪聲和干擾,增加濾波電容是一個可選的解決途徑,嘗試在輸入和輸出增加濾波電容實驗結果如下:

恢復問題板卡初始狀態(tài),將板卡安裝至機殼,并通過多根粗線將板卡GND信號連到地。測試干擾大幅度減少,且接地線越多,干擾幅值越小,CLK信號干擾減小到50mV左右,在Spec要求范圍內,問題解決。

經(jīng)驗及反思

1.在使用隔離電源的板卡中需要格外關注EMI問題。

2.EMI問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.因為測試環(huán)境與實際運行環(huán)境有些差距,導致測試結果不一定是實際運行結果,所以對部分測試結果要持懷疑態(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:在面對板卡調試的各種疑難雜癥時,要學會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:寧暢2U雙路機架服務器R620,歷經(jīng)上千項測試與優(yōu)化

5000項測試模型助降20%網(wǎng)建成本

寧暢工程師介紹,在產品設計與研發(fā)階段階段,寧暢服務器內的每一塊硬件板卡均經(jīng)過嚴格的板級測試流程,包括:硬件PowerOn測試、PI測試、SI測試等,每個測試環(huán)節(jié)的監(jiān)測項超過300個,覆蓋并驗證所有底層設計,為產品質量保駕護航。

此外,為高效、高質量地完成客戶需求的定制化服務器項目。寧暢整機測試部門,積累了5000項測試模型,并實現(xiàn)了“自動化”測試、自動在線數(shù)據(jù)采集分析等技術,全自動化測試程序將3至5日的工作縮短至20小時內,幫助客戶降低網(wǎng)絡建設成本20%,提高運維效率30%以上。

除以上測試外,為保障定制服務器產品的穩(wěn)定性,寧暢產品還需經(jīng)過抗振動測試、抗干擾測試、碰撞測試、溫濕度測試、耐腐蝕等近百項穩(wěn)定性測試與優(yōu)化。