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作者：泰克科技 輻射發(fā)射是對輻射電磁場(chǎng)的測量，而傳導發(fā)射則是對被測產(chǎn)品、設備或系統發(fā)出的傳導電磁干擾電流的測量。根據設備的設計工作環(huán)境，全球范圍內對這些輻射的上限都有相應限制。如今，包括無(wú)線(xiàn)和移動(dòng)設備在內的消費電子產(chǎn)品層出不窮，設備之間的兼容性變得更加重要。產(chǎn)品之間不得相互干擾（輻射或傳導發(fā)射），而且在設計上必須不受外部能源的影響。大多數國家現在都強制對產(chǎn)品進(jìn)行各類(lèi)EMC標準測試。 EMI故障排除的三個(gè)步驟 許多產(chǎn)品設計師可能熟悉近場(chǎng)探頭如何用于識別PC板和電纜上的 EMI“熱點(diǎn)”，但可能不清楚接下來(lái)該怎么做。我們以泰克6系列混合信號示波器上的頻譜視圖為例進(jìn)行說(shuō)明。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的EMI故障排除三步流程。 第一步 使用近場(chǎng)探頭（H場(chǎng)或E場(chǎng)）識別PC板和內部電纜上的能量源和特征發(fā)射特性。能量源通常包括時(shí)鐘振蕩器、處理器、RAM、D/A或A/D轉換器、DC-DC轉換器和其他產(chǎn)生高頻率、快速邊沿、數字信號的源。如果產(chǎn)品包括屏蔽外殼，則應檢查其他接縫或孔隙是否有泄漏。記錄每個(gè)能量源的發(fā)射特性。 第二步 使用電流探頭測量高頻電纜電流。請記住，電纜是最可能輻射射頻能量的結構。沿著(zhù)電纜來(lái)回移動(dòng)探頭，最大限度地獲取最高諧波電流。記錄每根電纜的發(fā)射特性。 第三步 使用附近的天線(xiàn)（通常是1米測試距離）來(lái)確定實(shí)際輻射的諧波信號。記錄這些諧波并與近場(chǎng)和電流探頭電纜測量進(jìn)行比較。這將幫助您確定最有可能與電纜或接縫耦合并輻射到天線(xiàn)的能量源。 步驟1 - 近場(chǎng)探測 大多數近場(chǎng)探測套件都配備了E場(chǎng)和H場(chǎng)探頭。選擇H場(chǎng)或E場(chǎng)探頭取決于您將要探測的是電流-即高di/dt-（電路走線(xiàn)，電纜等）還是電壓-即dV/dt-（開(kāi)關(guān)電源等）。大多數故障排除都是使用H場(chǎng)探頭進(jìn)行的，因為我們通常對追蹤高頻次諧波電流感興趣。直徑較小的探頭分辨率較高，但可能需要前置放大器來(lái)增強其信號。然而，H場(chǎng)和E場(chǎng)探頭都可用于定位屏蔽外殼中的漏洞或間隙。 從較大的H場(chǎng)探頭開(kāi)始，圍繞產(chǎn)品外殼、電路板和連接的電纜進(jìn)行嗅探。目標是識別主要的電磁干擾源和主導的窄帶和寬帶頻率。記錄觀(guān)察到的位置和頻率特征。當您鎖定干擾源時(shí)，不妨換用中等尺寸（1 厘米）的H場(chǎng)探頭（圖1），這將提供更高的分辨率（但稍微降低靈敏度）。您可能會(huì )發(fā)現大多數探測最終都是使用這個(gè)探頭。 
圖 1. 使用近場(chǎng)探頭有助于確定可能的輻射源 此外，請注意，當H場(chǎng)探頭的平面與走線(xiàn)或電纜平行時(shí)，探頭的靈敏度最高（會(huì )耦合最多的磁通量）。最好將探頭放置在與PCB板平面成 90°的位置。請參見(jiàn)圖2。
圖 2. H 場(chǎng)探頭在與電路走線(xiàn)或電纜的相對定位時(shí)提供最佳靈敏度，因為它們通過(guò)回路收集最大的磁通線(xiàn) 需要注意的是，不是所有位于電路板上有高頻能量源都會(huì )產(chǎn)生輻射！輻射需要與“天線(xiàn)狀”結構（例如 I/O電纜、電源電纜或屏蔽外殼中的縫隙）某種形式的耦合。在電路板級別應用潛在修復措施時(shí)，請務(wù)必用膠帶固定近場(chǎng)探頭，以減少探頭尖端的物理位置變化。我們主要關(guān)注在應用修復措施時(shí)的相對變化。 步驟2-電流探頭測量 接下來(lái)，使用高頻電流探頭測量附加的共模電纜電流（包括電源電纜），例如Com Power CLCE-400 或同等產(chǎn)品（圖3）。記錄頂部幾個(gè)諧波的位置，并與近場(chǎng)探測確定的列表進(jìn)行比較。這些諧波最有可能會(huì )輻射并導致測試失敗，因為它們流經(jīng)類(lèi)似天線(xiàn)的結構（電纜）。 請注意，只需要5到8μA的高頻電流就能使FCC或CISPR B類(lèi)測試失敗。使用制造商提供的傳輸阻抗校準曲線(xiàn)將幫助您根據探頭端口處的分析儀電壓計算出電流。
圖 3. 使用電流探頭測量在 I/O 和電源電纜上流動(dòng)的高頻電流 將電流探頭來(lái)回移動(dòng)以最大化諧波是個(gè)好主意。這是因為電纜上的駐波會(huì )導致某些頻率在不同位置產(chǎn)生共振。還可以根據線(xiàn)纜中流動(dòng)的電流來(lái)預測輻射的E場(chǎng)強度（V/m），前提是在相關(guān)頻率下長(cháng)度為電短路。這在高達200MHz的頻率下對1m長(cháng)的電纜已被證明是準確的。有關(guān)詳細信息，請參閱參考文獻1、2或5。 步驟3-使用近距天線(xiàn)故障排除 一旦產(chǎn)品的諧波特性完全表征，就該看看哪些諧波實(shí)際上會(huì )輻射。為此，我們可以使用連接到距產(chǎn)品或待測系統至少1m遠的未校準天線(xiàn)的4/5/6系混合示波器測量實(shí)際的輻射（圖4）。通常，這些輻射是來(lái)自連接的I/O或電源電纜以及屏蔽外殼的接縫或孔隙。將這些數據與近場(chǎng)和電流探頭的數據進(jìn)行比較。實(shí)際測量的輻射應該能夠表明先前探測所確定的能量來(lái)源。
圖 4. 典型的輻射發(fā)射故障排除測試設置。天線(xiàn)與被測設備之間的距離約為1米 嘗試逐個(gè)拔掉電纜來(lái)確定電纜輻射是否是主要問(wèn)題。您還可以嘗試在一個(gè)或多個(gè)電纜上安裝鐵氧體扼流圈進(jìn)行測試。使用近場(chǎng)探頭確定屏蔽外殼的接縫或開(kāi)口是否也存在泄漏。 一旦確定了發(fā)射源，您可以利用您對濾波、接地和屏蔽的知識來(lái)減輕問(wèn)題輻射。嘗試確定從產(chǎn)品內部到任何外部電纜的耦合路徑。在某些情況下，電路板可能需要通過(guò)優(yōu)化層堆疊或消除高速信號跨越返回平面間隙等方式進(jìn)行重新設計。通過(guò)使用一定距離的天線(xiàn)實(shí)時(shí)觀(guān)察結果，減輕階段應該會(huì )迅速進(jìn)行。 輻射和傳導發(fā)射故障排除 使用頻譜視圖對諧波進(jìn)行基本顯示，以及對諧波進(jìn)行時(shí)間相關(guān)分析，是排除EMI輻射問(wèn)題最有用的兩種技術(shù)。對于輻射和傳導發(fā)射故障排除，請按照上方所述的三步流程進(jìn)行。 商業(yè)或消費類(lèi)產(chǎn)品的輻射發(fā)射測試是根據國際標準CISPR 11或32進(jìn)行的，通常是最高風(fēng)險的測試。大多數產(chǎn)品的輻射頻率在30到1000兆赫之間。最好的第一步是對500 MHz 進(jìn)行初步掃描，因為這通常是數字諧波最嚴重的頻段。您還希望記錄至少高達1GHz（或更高）的發(fā)射，以便表征任何其他主要發(fā)射。一般來(lái)說(shuō)，減輕較低頻率的諧波也將減少更高的諧波。 在4/5/6系混合信號示波器上設置頻譜視圖以進(jìn)行一般輻射發(fā)射故障排除 將您的近場(chǎng)探頭連接到通道1，雙擊通道1圖標以打開(kāi)菜單面板。將探頭阻抗設置為50歐姆。 使用近場(chǎng)探頭，在待測電路板上找到一個(gè)樣本信號，并調整垂直、水平和觸發(fā)電平以獲得穩定的波形。 在通道1圖標打開(kāi)時(shí)，點(diǎn)擊頻譜視圖選擇以打開(kāi)面板并顯示選項。打開(kāi)顯示，并將單位設置為dBuV。打開(kāi)Normal和Max Hold框。Max Hold 表示最大頻譜幅度作為參考，有助于與當前測量的頻譜進(jìn)行比較。單擊或點(diǎn)擊菜單外部以關(guān)閉。 雙擊頻譜菜單（屏幕右下角）。對于一般故障排除，讓我們將頻譜視圖頻率設置為DC至500 MHz。為此，將中心頻率設置為250MHz，帶寬設置為500MHz。只需雙擊每個(gè)選擇框以打開(kāi)數字鍵盤(pán)。對于大多數窄帶諧波，分辨率帶寬從10到20kHz 開(kāi)始使用。 可以縮小或展開(kāi)垂直刻度以顯示可讀的頻譜。 請注意，標記閾值可以自定義，并且可以添加標注，用箭頭、方框和用戶(hù)自定義文本來(lái)記錄具體設置。 在有足夠的電源線(xiàn)濾波的情況下，傳導發(fā)射通常不是問(wèn)題，但許多低成本電源供應器缺乏良好的濾波。一些普通的“無(wú)名”電源供應器根本沒(méi)有濾波功能！ 對于商業(yè)或消費類(lèi)產(chǎn)品的傳導發(fā)射測試是根據國際標準 CISPR11或32執行的，將顯示傳導射頻噪聲電壓。4/5/6系列混合信號示波器連接到50歐姆端口，將顯示傳導射頻噪聲電壓。不同型號的LISN適用于交流或直流供電。
圖 5. 典型的線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )（LISN）用于將線(xiàn)纜傳導的電磁干擾耦合到頻譜分析儀。照片由Tekbox Digital Solutions 提供。 理想情況下，您可以根據CISPR11或32標準設置測試，如圖7所示。被測試設備（EUT）放置在一個(gè)高80厘米的木桌上，地面上有一個(gè)接地平面。LISN與接地平面連接，并與EUT以及帶頻譜視圖的4/5/6系列MSO。
圖 6. 典型的傳導發(fā)射測試設置 連接線(xiàn)阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )（LISN），例如Tekbox TBLC08，并將其放置在待測試的產(chǎn)品或系統與帶頻譜視圖的4/5/6系列MSO之間。在桌面故障排除時(shí)，最好鋪一層鋁箔作為接地平面。使用銅箔帶將LISN固定在鋁箔上。將被測設備與接地平面隔離。注意側邊欄中連接的順序！ 設置頻譜視圖以進(jìn)行一般傳導發(fā)射故障排除 使用類(lèi)似的步驟設置頻譜視圖以顯示0至30MHz的頻率。將中心頻率設為15MHz，捕獲帶寬設為30MHz，分辨率帶寬設為9或10kHz。上電被測設備，然后將LISN的50歐姆輸出端口連接到示波器。請注意，諧波頻率通常在較低（kHz）頻率處非常高，在接近30MHz 時(shí)逐漸降低。確保這些更高的諧波頻率不會(huì )使示波器過(guò)載。根據需要調整垂直刻度或在TekboxTBCL08 LISN（如圖6左下角所示）上選擇瞬態(tài)保護器，其中包括10dB衰減器。 頻譜視圖將捕獲峰值檢測到的諧波，所需的測試限制將以平均或準峰值的形式給出，因此您將無(wú)法直接將測量數據與實(shí)際測試限制進(jìn)行比較。但是，您至少能夠確定潛在的問(wèn)題區域。諧波頻率的故障排除過(guò)程類(lèi)似于之前描述的輻射發(fā)射測試。 分析收集的數據 請記住，并非所有近場(chǎng)信號都會(huì )耦合到“天線(xiàn)狀”結構并輻射。請注意，在許多情況下，兩個(gè)或更多源將產(chǎn)生部分(或全部)相同的諧波。例如，25MHz時(shí)鐘和100MHz 時(shí)鐘都可以產(chǎn)生100、200、300MHz等的諧波。通常情況下，您需要修復多個(gè)源才能消除單個(gè)諧波。頻譜視圖包括一 些強大的數據捕獲和文檔功能，將有助于加快從步驟1到3的數據收集過(guò)程。 在分析諧波并確定最可能的源之后，下一步是確定從諧波源到產(chǎn)品外的耦合路徑。通常情況下 I/O或電源線(xiàn)才是實(shí)際的輻射結構。有時(shí)，它可能泄漏的接縫或孔隙（例如顯示器或鍵盤(pán)）。 存在四種可能的耦合路徑：傳導、輻射、電容和電感。后兩者（電容和電感）被稱(chēng)為“近場(chǎng)”耦合，信號源和受影響者之間距離的微小變化會(huì )在輻射能量中產(chǎn)生較大的影響。例如，將一根排線(xiàn)路徑安排得太靠近電源散熱器（電容耦合，或dV/dt）并導致輻射發(fā)射的情況，只需將排線(xiàn)移到離附近散熱器更遠的地方，問(wèn)題就能得到解決。此外，還可以通過(guò)重新布線(xiàn)來(lái)降低源電纜和受影響電纜之間的電感耦合（di/dt）。這兩種內部耦合機制（或類(lèi)似的PCB板設計問(wèn)題）都可能導致傳導發(fā)射（通過(guò)電源電纜）或輻射發(fā)射（I/O或電源電纜充當天線(xiàn)或外殼接縫/孔隙）。 在許多情況下，這僅僅是由于電纜屏蔽與屏蔽外殼的粘合不佳或I/O或電源端口缺乏共模濾波而導致輻射發(fā)射。 通常，在故障排除發(fā)射問(wèn)題時(shí)，您可能已經(jīng)進(jìn)行了正式的合規性測試，并知道諧波超限的程度。因此，在故障排除時(shí)，相對測量通常比絕對測量更重要。也就是說(shuō)，如果我們知道某些諧波超出限制5到10dB，目標就是將這些諧波至少減少到這個(gè)水平或更低，以確保安全余量。因此，不需要校準天線(xiàn)，因為只有相對變化才重要。天線(xiàn)也不一定需要調諧到諧波的頻率。重要的是，來(lái)自EUT的諧波含量應該很容易看到。 了解4/5/6系列MSO電磁干擾排除更多內容， https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes。 |
