使用近場探頭和電流探頭進(jìn)行EMI干擾排查
加入技術(shù)交流群
在開發(fā)電子產(chǎn)品的過程中，電磁干擾EMI（Electro
Magnetic
Interference）是工程師們不得不考慮的問題。電磁干擾（EMI）可能會(huì)導(dǎo)致許多問題，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)階段或產(chǎn)品驗(yàn)收階段。如果電路設(shè)計(jì)受到電磁干擾的影響，可能會(huì)出現(xiàn)亂碼顯示，數(shù)據(jù)接觸不良或者是其他線路故障。為了最大限度地減少電磁干擾的影響，各個(gè)國家的政府機(jī)構(gòu)都制定并實(shí)施了針對各個(gè)產(chǎn)品類型的EM輸出的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，一般我們稱為電磁兼容性（EMC）測試。所有電子相關(guān)的產(chǎn)品在上市前必須強(qiáng)制性通過電磁兼容性測試。
許多EMC兼容測試失敗的原因主要來源于電路中的射頻能量泄漏和電路板設(shè)計(jì)本身的相互影響。引起這種干擾的電場和磁場肉眼是不可見的，并且當(dāng)我們想要深究其原因以期能最小化EMI影響時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)，問題是非常復(fù)雜的。
是什么導(dǎo)致了這個(gè)問題？
造成輻射干擾的信號或能量來源在哪里？
我該如何解決？
好在，我們可以通過一些簡單的工具和技術(shù)來幫助識(shí)別EMI干擾源。一旦確定了干擾源，我們就可以開始著手解決問題。那么怎么去找出干擾源呢？我們需要用到一種技術(shù)，這種技術(shù)不是嚴(yán)格意義上的標(biāo)準(zhǔn)EMC兼容測試，而是一種預(yù)測試，它可以幫助我們快速找到干擾源可能存在的地方，并且不需要昂貴的專業(yè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室裝置。
在本篇應(yīng)用指南中，我們將介紹一些常用的預(yù)兼容測試相關(guān)的技術(shù)，例如使用近場探頭和電流探頭來查找可能的EMI泄漏源。此項(xiàng)技術(shù)可以快速地識(shí)別問題，有效地節(jié)約時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。此外，通過一些小小的家具，就可以創(chuàng)建出可重復(fù)的測試站來關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以在你下一款產(chǎn)品進(jìn)行EMC測試時(shí)提供很有價(jià)值的參考。
需要注意的是，預(yù)一致性測試旨在于幫助識(shí)別和解決可能會(huì)阻礙EMC認(rèn)證的問題，并不能完全替代認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室的EMC合規(guī)測試。
通過測量由導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁場的幅值和頻率，我們可以找出最可能導(dǎo)致EMI干擾問題的區(qū)域。
頻譜儀/EMI接收機(jī)： 測量相對于頻率的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應(yīng)該不低于1GHz, DANL為-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。
電流探頭：購買或自制。
50歐姆同軸線纜：使用與近場探頭和頻譜分析儀RF輸入口相匹配的線纜。如果需要的話，探頭，同軸線纜，連接器可以同時(shí)配套購買。
探頭：因?yàn)槿祟惖娜庋蹮o法直接看到電磁波，所以我們需要借助一些工具輔助測量?；叵胍幌挛覀儎倓偺岬降模瑢?dǎo)體中的移動(dòng)電荷產(chǎn)生輻射到整個(gè)空間的電磁場。我們可以通過測量電磁場功率值來衡量電路中的感應(yīng)電壓，從而間接地測量出源電場的強(qiáng)度。在EMI故障排除的過程中，最常用到的兩種探頭是近場探頭和電流鉗。
近場探頭和電流鉗具有類似的原理。 流過探針的“環(huán)路”區(qū)域的磁場會(huì)產(chǎn)生可測量的電壓（圖4）。環(huán)形區(qū)域越大，磁通量就越大，因此更適合尋找一些小信號。但是小的環(huán)形區(qū)域提供更好的空間分辨率（從而可以更精確地找到問題點(diǎn)）。許多測試工具中的探頭都有多種環(huán)尺寸（見圖5），從而幫助用戶更好地實(shí)現(xiàn)靈敏度和空間分辨率之間的平衡。
電場探頭通常不會(huì)有一個(gè)環(huán)形的區(qū)域。用他們獲得電場信息的方法更像是單極天線。與磁場探頭一樣，電場探針旋轉(zhuǎn)與否不影響測量結(jié)果，但與信號源的距離是非常重要的影響因素。
以下是探頭的使用指南：
關(guān)閉被測設(shè)備，觀察頻譜儀的測量值，測出本底輻射。注意，任何可能由環(huán)境或者本底輻射引起的的射頻干擾都要關(guān)注。如果在屏蔽良好的實(shí)驗(yàn)室中，這個(gè)問題可能不是很大，但在普通的實(shí)驗(yàn)室中，一定要提前測得環(huán)境中存在的本底干擾。
探頭的擺放，通信端口終端，以及機(jī)器外殼的接縫、通風(fēng)口等，這些都是在測試中容易出現(xiàn)問題的地方。
電場或磁場的探頭離信號源近一點(diǎn)會(huì)測得更高幅值。
磁場探頭放置的方向垂直于磁場會(huì)比平行于磁場測得更高的數(shù)據(jù)。
因?yàn)樵谥貜?fù)的實(shí)驗(yàn)中探頭的位置是比較重要的，因此把一個(gè)不導(dǎo)電的夾具（如木頭，塑料）固定在被測設(shè)備上，那么探頭就可以使用了。記住，探頭的位置和放置方向是十分重要的，一點(diǎn)點(diǎn)的位置偏差或者一點(diǎn)點(diǎn)的角度偏差都會(huì)在對被測設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)引起很大的誤差。
電流鉗和近場探頭的原理類似我們可以直接從商家購買或把線圈纏在鐵夾和BNC連接器上自己制作（如圖7所示）。把電流鉗靠近待測的線纜，同時(shí)把它連接到頻譜儀的輸入端口，把頻譜儀的頻率調(diào)到設(shè)定的范圍。
如果不能確定輸入信號的大小，可以在測量之前給頻譜儀的RF輸入端加一個(gè)外置的衰減器。電源線或者其它高功率的應(yīng)用可能會(huì)影響頻譜儀RF輸入端口的靈敏度。
測量所有可能和被測設(shè)備連接的線纜。包括電源線，USB線，網(wǎng)線等。（如圖8）
如果你的RF測量實(shí)驗(yàn)失敗了，那么從出現(xiàn)錯(cuò)誤的頻率以及產(chǎn)生這些頻率的基波開始著手尋找問題。
以下是一些可參的實(shí)驗(yàn)技巧，可以幫助我們觀察更多實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)：
大多數(shù)的頻譜儀不具有預(yù)選器。如果你是用一個(gè)不配備預(yù)選器的頻譜儀，你觀察到的峰值可能不是真實(shí)的。由于帶外信號和待測信號混合在一起，沒有預(yù)選器的頻譜儀很可能會(huì)觀測到一個(gè)假峰。
你需要通過外加一個(gè)衰減器（可以3dB或者10dB）測試一下這個(gè)峰值的有效性，真實(shí)的峰值會(huì)隨著衰減量下降。如果峰值下降的量大于外加衰減的量，那么這個(gè)峰值很可能是一個(gè)假峰。把這個(gè)假峰標(biāo)注出來和兼容測試中得到的結(jié)果進(jìn)行對比。你也可以使用預(yù)選器或者EMI接收器，但是這些配件對于大多數(shù)快速測試來說是成本高昂的。
圖10 是一個(gè)典型的峰值測試實(shí)驗(yàn)，黃色的軌跡是沒有使用衰減器得到的，紫色的則是給頻譜儀的射頻輸入端外加了一個(gè)10 dB的衰減器得到的，這種情況下，峰值下降的量和所添加的衰減量是一致的。這有助于確認(rèn)該峰值是真峰而不是帶外信號的產(chǎn)物。
一些具有最大軌跡類型保持功能的頻譜儀將會(huì)連續(xù)的保存每次頻率掃描的最大值，你可以把一個(gè)單軌作為“清除寫入”（你可以打開一條跡線為“清除寫入”狀態(tài)），來表現(xiàn)射頻信號，然后把另一條設(shè)置為最大保持。這使得你可以比較被測設(shè)備在最壞的情況下的收集的數(shù)據(jù)的變化，并且使用最大保持功能“固定”它們。
可以使用標(biāo)記和峰值表功能去清楚的找出峰值頻率和幅值。
2.電場由流動(dòng)的電流或者靜電荷產(chǎn)生。使用電場近場探頭在金屬平面（例如散熱器，機(jī)箱，顯示屏的邊界或者是機(jī)殼的縫隙等）去甄別電磁輻射。
3.使用電流鉗去甄別潛在的輻射和從線纜和連接器泄漏的諧振。
4.顯示屏，機(jī)殼的縫隙，帶狀線纜和通信端口及總線是最可能導(dǎo)致輻射泄漏的地方。
5.用導(dǎo)電帶或鋁箔包裹住可能產(chǎn)生電磁泄漏的部分，并確認(rèn)包裹是接地的，再次掃描被包住的地方的EMI干擾是否減輕了。
6.連接不良的電纜和連接器也會(huì)導(dǎo)致輻射問題。
7.通過給被測器件斷電并觀察頻譜儀上的輸出，可以多次測量環(huán)境對實(shí)驗(yàn)的影響。在測量中要標(biāo)注出任何的變化以及它們所帶來的潛在的影響。
通過一些簡單的設(shè)備，你可以在室內(nèi)進(jìn)行預(yù)兼容測試， 這會(huì)最大限度地減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，以及減少下一代產(chǎn)品研發(fā)過程中的反復(fù)測量次數(shù)。
評論