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使用近場探頭和電流探頭進行EMI干擾排查

發(fā)布：西安普科科技

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　　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MI)可能會導致許多問題，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)階段或產(chǎn)品驗收階段。如果電路設(shè)計受到電磁干擾的影響，可能會出現(xiàn)亂碼顯示，數(shù)據(jù)接觸不良或者是其他線路故障。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，并且當我們想要深究其原因以期能最小化EMI影響時，往往會發(fā)現(xiàn)，問題是非常復雜的。是什么導致了這個問題?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)不是嚴格意義上的標準EMC兼容測試，而是一種預測試，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)備和實驗室裝置。例如使用近場探頭和電流探頭來查找可能的EMI泄漏源。此項技術(shù)可以快速地識別問題，有效地節(jié)約時間和經(jīng)濟成本。需要注意的是，預一致性測試旨在于幫助識別和解決可能會阻礙EMC認證的問題，并不能完全替代認證實驗室的EMC合規(guī)測試。

　　以下是一些用于近場故障排除的基礎(chǔ)設(shè)備清單：

　　頻譜儀/EMI接收機：

　　測量相對于頻的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應該不低于1GHz,

　　DANL為-100dBm(-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。

　　近場探頭：購買或者手工自制。分為磁場近場探頭和電場近場探頭。

　　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，連接器可以同時配套購買。

　　探頭：因為人類的肉眼無法直接看到電磁波，所以我們需要借助一些工具輔助測量。回想一下我們剛剛提到的，導體中的移動電荷產(chǎn)生輻射到整個空間的電磁場。我們可以通過測量電磁場功率值來衡量電路中的感應電壓，從而間接地測量出源電場的強度。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)。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現(xiàn)靈敏度和空間分辨率之間的平衡。電場探頭通常不會有一個環(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驗室中，這個問題可能不是很大，但在普通的實驗室中，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，以及機器外殼的接縫、通風口等，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會測得更高幅值。磁場探頭放置的方向垂直于磁場會比平行于磁場測得更高的數(shù)據(jù)。因為在重復的實驗中探頭的位置是比較重要的，因此把一個不導電的夾具(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，一點點的位置偏差或者一點點的角度偏差都會在對被測設(shè)備進行實驗時引起很大的誤差。

　　電子設(shè)備中的線纜和連接器都需要被屏蔽并且接地正確，因為它們是很好的天線，導體外部的微小的電流變化就很容易造成探測到的輻射量超過電磁兼容測試設(shè)定的限值。電流鉗和頻譜儀配合使用可以了解到線纜和連接器產(chǎn)生電磁輻射的原因。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。

　　以下是探頭的一些使用指南：

　　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輸入端加一個外置的衰減器。電源線或者其它高功率的應用可能會影響頻譜儀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)

　　電流鉗，尤其是手工自制的，對環(huán)境中的RF信號特別敏感，這可能使得你測到的信號是不準確或者是錯誤的。先連接所有的電纜，探頭等，然后通過關(guān)閉被測設(shè)備來測得環(huán)境中的RF信號，然后把這個本底數(shù)據(jù)和打開被測設(shè)備時所測得的數(shù)據(jù)相比較，從而得到準確的數(shù)據(jù)。這對于循環(huán)多次測試不斷變化的環(huán)境中的被測設(shè)備的RF信號來說也是一個好辦法。

　　如果你的RF測量實驗失敗了，那么從出現(xiàn)錯誤的頻率以及產(chǎn)生這些頻率的基波開始著手尋找問題。

　　檢查和評價

　　在使用探頭檢測到的信號干擾可能并不是真實的干擾數(shù)據(jù)，但是通過觀察分析測量結(jié)果，對比被測設(shè)備的前后狀態(tài)等方法，用戶可以更快的進行故障排除。

　　以下是一些可參的實驗技巧，可以幫助我們觀察更多實驗中的細節(jié)：大多數(shù)的頻譜儀不具有預選器。如果你是用一個不配備預選器的頻譜儀，你觀察到的

　　峰值可能不是真實的。由于帶外信號和待測信號混合在一起，沒有預選器的頻譜儀很可能會觀測到一個假峰。

　　你需要通過外加一個衰減器(可以3dB或者10dB)測試一下這個峰值的有效性，真實的峰值會隨著衰減量下降。如果峰值下降的量大于外加衰減的量，那么這個峰值很可能是一個假峰。把這個假峰標注出來和兼容測試中得到的結(jié)果進行對比。你也可以使用預選

　　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是一個典型的峰值測試實驗，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。這有助于確認該峰值是真峰而不是帶外信號的產(chǎn)物。

　　上圖使用頻譜儀的標記功能對兩次掃描結(jié)果進行標記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10 dB的衰減器得到的一些具有最大軌跡類型保持功能的頻譜儀將會連續(xù)的保存每次頻率掃描的最大值，你可以把一個單軌作為“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。可以使用標記和峰值表功能去清楚的找出峰值頻率和幅值