如何使用和選擇近場(chǎng)探頭?

　　索引：如何使用和選擇EMI故障診斷的近場(chǎng)探頭?近場(chǎng)探頭也是射頻干擾探頭。配合50Ω示波器、接收機(jī)、頻譜分析儀進(jìn)行電場(chǎng)和磁場(chǎng)輻射干擾測(cè)試!!!用于探測(cè)印刷電路板、元器件、集成電路和電磁干擾源產(chǎn)生的輻射發(fā)射。

　　概述

　　近場(chǎng)電磁干擾(EMI)測(cè)試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發(fā)射預(yù)兼容測(cè)試中的一個(gè)重要組成。EMI機(jī)構(gòu)使用EMI接收機(jī)和經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確校準(zhǔn)的天線(xiàn)來(lái)測(cè)試3或10米距離上的器件，這稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。電磁場(chǎng)的特性主要由被測(cè)器件(DUT)以及它與接收機(jī)和天線(xiàn)的距離決定。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)量可以準(zhǔn)確地告訴我們被測(cè)器件是否符合相應(yīng)的EMC/EMI標(biāo)準(zhǔn)。

　　但是，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試也有一些局限性。它無(wú)法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于USB、LAN之類(lèi)的通信接口，還是來(lái)自殼體的縫隙，或來(lái)自連接的電纜乃至電源線(xiàn)。在這種情況下，我們只能使用頻譜分析儀和近場(chǎng)探頭，通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試來(lái)定位這些發(fā)射源。近場(chǎng)測(cè)試是一種相對(duì)量測(cè)試，這意味著它需要把被測(cè)器件的測(cè)試結(jié)果與基準(zhǔn)器件的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，以預(yù)測(cè)被測(cè)器件通過(guò)一致性測(cè)試的可能性。需要注意的是，比較近場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與EMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試極限是沒(méi)有意義的，因?yàn)闇y(cè)試讀數(shù)受許多因素的影響，包括探頭位置和被測(cè)器件的形狀等。

　　本應(yīng)用指南將介紹各種近場(chǎng)探頭的特點(diǎn)，并解釋了它們?cè)诙ㄎ弧⒃u(píng)測(cè)可能的發(fā)射源以及對(duì)其進(jìn)行故障診斷方面的特殊優(yōu)勢(shì)：搜尋電磁干擾源，用于電磁干擾的故障診斷和設(shè)計(jì)驗(yàn)證!

　　近場(chǎng)探頭簡(jiǎn)介

　　電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)(E場(chǎng))和磁場(chǎng)(H場(chǎng))結(jié)合形成的。工程師可使用各種探頭來(lái)檢測(cè)每類(lèi)場(chǎng)中的發(fā)射。

　　磁場(chǎng)探頭

　　磁場(chǎng)發(fā)射源通常來(lái)自芯片組引腳、印刷電路板導(dǎo)線(xiàn)、電源線(xiàn)或信號(hào)線(xiàn)，或沒(méi)有良好接地的金屬蓋。磁場(chǎng)探頭的感應(yīng)元件是一個(gè)與發(fā)射導(dǎo)線(xiàn)或電線(xiàn)電感耦合的簡(jiǎn)易線(xiàn)圈。磁場(chǎng)探頭在它的回路與載流電線(xiàn)對(duì)齊時(shí)，提供頻譜分析儀的最大輸出電壓。在診斷 EMI 的故障時(shí)，工程師需要在被測(cè)器件的表面旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)探頭，以確定探頭在功率讀數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的位置，同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場(chǎng)探頭

　　電場(chǎng)主要來(lái)源于未使用負(fù)載端接的電纜和電線(xiàn)，以及通向高阻抗邏輯電路的印刷電路板導(dǎo)線(xiàn) (可能是邏輯集成電路的高阻抗輸入或三相輸出)。最簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)小型天線(xiàn)。電場(chǎng)探頭能夠很方便地探測(cè)空中信號(hào)，例如蜂窩下行鏈路信號(hào)。這些大功率空中信號(hào)可能需要增加衰減，以防頻譜分析儀過(guò)載。不過(guò)，增加衰減將會(huì)影響頻譜分析儀的靈敏度。

　　選擇探頭類(lèi)型

　　在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試中，被測(cè)器件和天線(xiàn)之間的距離決定了場(chǎng)強(qiáng)的大小。當(dāng)探頭靠近發(fā)射源時(shí)，電流、電壓、形狀和材料等特性將成為決定場(chǎng)強(qiáng)的主要因素。如果輻射是來(lái)自高電壓、弱電流的電路或元器件，那么電場(chǎng)在 EMI 近場(chǎng)中將起到主要作用。如果部分被測(cè)器件中電流很強(qiáng)而電壓較低，那么磁場(chǎng)將起到主要作用。在近場(chǎng)測(cè)試中，當(dāng)探頭逐漸遠(yuǎn)離被測(cè)器件時(shí)，磁場(chǎng)衰落的速度比電場(chǎng)更快。因此，磁場(chǎng)探頭更多地用于在近場(chǎng)測(cè)試中定位發(fā)射目標(biāo)。

　　選擇磁場(chǎng)探頭

　　選擇近場(chǎng)測(cè)試探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素，包括探頭靈敏度、分辨率和頻率響應(yīng)等。

　　靈敏度：與頻譜分析儀不同，近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對(duì)值。因此，工程師需要將頻譜分析儀和探頭視為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)測(cè)試其靈敏度。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)能夠輕松地探測(cè)到很小的發(fā)射，并有足夠的裕量來(lái)觀測(cè)硬件變動(dòng)前后發(fā)射的變化。

　　分辨率：探頭的分辨率對(duì)于定位發(fā)射源至關(guān)重要。通常來(lái)說(shuō)，探頭的靈敏度和分辨率是一對(duì)矛盾體。例如，尺寸越大的磁場(chǎng)探頭，靈敏度往往越高，探測(cè)發(fā)射的區(qū)域越大，但其分辨率會(huì)越低，從而難以準(zhǔn)確地分辨發(fā)射源。因此，最好是先使用尺寸較大、靈敏度較高的探頭來(lái)執(zhí)行 EMI 測(cè)試，捕獲和確定發(fā)射源的大致區(qū)域，然后使用尺寸較小但分辨率較高的探頭來(lái)確定發(fā)射源的準(zhǔn)確位置。為此，推薦您配備多種探頭。

　　頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是一個(gè)經(jīng)常會(huì)被忽略的重要因素。頻率響應(yīng)是給定探頭在測(cè)量相同幅度、不同頻率的信號(hào)時(shí)得到的幅度差。當(dāng)使用天線(xiàn)測(cè)試磁場(chǎng)時(shí)，更重要的是精確測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)，而不是測(cè)量頻率響應(yīng)。在進(jìn)行近場(chǎng)測(cè)試的過(guò)程中，探頭的角度以及探頭與被測(cè)器件之間的距離都會(huì)改變，因此使測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的絕對(duì)值失去了意義。數(shù)據(jù)結(jié)果的比較非常重要，它可以幫助工程師找到產(chǎn)生最大發(fā)射的頻率點(diǎn)。例如，如果頻率響應(yīng)在一個(gè)特定頻率上出現(xiàn)很大衰減，那么在該頻率上的高發(fā)射可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信號(hào)分析儀上的發(fā)射，因而被忽視。

　　其它特性：探頭的形狀和多樣性也是選擇探頭時(shí)需要考慮的重要因素。除了上面介紹的常規(guī)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)探頭之外，工程師可能還需要一些專(zhuān)用探頭，用來(lái)實(shí)施先進(jìn)的 EMI 故障診斷。專(zhuān)用探頭通常用于尋找并屏蔽可能的發(fā)射源。例如：工程師可能需要借助專(zhuān)用的探頭，才能發(fā)現(xiàn)耦合到電纜或電線(xiàn)，并輻射到被測(cè)器件其他部分的發(fā)射。如果干擾信號(hào)通過(guò)電纜發(fā)射，那么使用常規(guī)的磁場(chǎng)和電場(chǎng)探頭是很難探測(cè)到這些干擾信號(hào)的。

　　結(jié)論

　　近場(chǎng)電磁干擾 (EMI) 測(cè)試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發(fā)射預(yù)兼容測(cè)試中的一個(gè)重要工具。用戶(hù)可考慮各種近場(chǎng)探頭在定位和測(cè)試可能的發(fā)射源以及診斷其故障等方面的不同優(yōu)勢(shì)，選擇最適合的近場(chǎng)探頭執(zhí)行這一測(cè)試。

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