在世界各地，幾乎所有的政府都試圖控制來自其國家生產(chǎn)的電子產(chǎn)品的有害電磁干擾（EMI）（見圖1）。非常具體的規(guī)則和法規(guī)涵蓋了電子產(chǎn)品的設(shè)計，以便為用戶提供一定程度的保護和安全。

當(dāng)然，這是一件好事。但這確實意味著公司必須在產(chǎn)品設(shè)計和測試上花費大量的時間和精力，以最大限度地減少其EMI特征并通過官方EMI認證測試。壞消息是，即使在采用良好的設(shè)計原則，選擇高質(zhì)量的組件并仔細表征產(chǎn)品之后，當(dāng)需要進行一致性測試時，如果測試在所有階段都不順利，EMI故障仍然會給發(fā)布計劃帶來重大的麻煩。

通常，公司試圖通過在設(shè)計和原型設(shè)計階段執(zhí)行“預(yù)合規(guī)”測量來保護自己免受這種情況的影響。在將產(chǎn)品送出進行一致性測試之前，最好識別和修復(fù)潛在的EMI問題。

當(dāng)然，大多數(shù)公司的實驗室不包含進行絕對EMI測量所需的測試室條件。好消息是，在不重復(fù)測試室條件的情況下識別和解決EMI問題是完全可行的。本文討論了一些技術(shù)，您可以使用這些技術(shù)來降低產(chǎn)品在測試機構(gòu)未通過最終的 EMC 一致性評估的風(fēng)險。它還包括一個確定信號特性和重合的示例，以便對EMI發(fā)射源進行歸零。

圖 1：構(gòu)成信號的電壓和電流的變化會導(dǎo)致電場和磁場。

了解 EMI 報告
在深入研究故障排除技術(shù)之前，了解一下 EMI 測試報告會很有用。乍一看，EMI報告似乎提供了有關(guān)特定頻率故障的直接信息。使用報告數(shù)據(jù)來識別設(shè)計的哪個組件包含有問題的源頻率并應(yīng)用一些衰減以在下次通過時通過測試，這看起來可能很簡單。然而，雖然許多測試條件在報告中都明確了，但一些需要考慮的重要事情可能并不那么明顯。在篩選設(shè)計以嘗試確定問題的根源之前，它可以幫助了解測試公司如何生成報告。

考慮圖2中的EMI測試報告，其中顯示了90 MHz左右的故障。

圖 2：此 EMI 測試報告顯示 90 MHz 左右時出現(xiàn)故障。

相應(yīng)的表格數(shù)據(jù)報告（如圖3所示）詳細說明了測試頻率、測量幅度、校準(zhǔn)校正因子和調(diào)整的場強的值。調(diào)整后的場強在下一列中與規(guī)格進行比較，以確定最右邊一列中顯示的邊距或過量。

在顯示的邊距列中，您可以看到有一個峰值高于此特定標(biāo)準(zhǔn)的限值，為88.7291 MHz，與規(guī)格的邊距差為-2.3。

圖 3：此表格數(shù)據(jù)對應(yīng)于圖 2。它顯示88.7291 MHz的故障，但有一些因素使它懷疑這是確切的頻率。

你完成了，對吧？沒那么快。不要讓所有這些數(shù)字引導(dǎo)你相信這是EMI來源的問題的精確頻率。事實上，測試報告中給出的頻率不太可能恰好是源的頻率。根據(jù)特別國際無線電干擾委員會（CISPR）的說法，在進行輻射發(fā)射測試時，必須根據(jù)頻率范圍使用不同的測試方法。每個范圍都需要特定的分辨率帶寬濾波器和檢測器類型，如表1所示。濾波器帶寬決定了解析確切的興趣頻率的能力;這意味著頻率范圍在它們對違規(guī)源的磨練程度上有所不同。

表 1 ： CISPR 測試要求隨頻率范圍和沖擊頻率分辨率而變化。

這里需要注意的是，對于某些頻率范圍，CISPR測試要求要求使用檢測器類型-準(zhǔn)峰值（QP），這可能會掩蓋實際頻率。通常，EMI部門或外部實驗室通過使用簡單的峰值探測器來查找問題區(qū)域來執(zhí)行ascan來開始測試。但對于發(fā)現(xiàn)的超過或接近指定限值的信號，它們也可以執(zhí)行QP測量。QP是EMI測量標(biāo)準(zhǔn)定義的一種方法，用于檢測信號包絡(luò)的加權(quán)峰值。它根據(jù)信號的持續(xù)時間和重復(fù)速率對信號進行加權(quán)，以便更多地強調(diào)從廣播角度來看可能被解釋為“煩人”的信號。更頻繁地出現(xiàn)的信號將導(dǎo)致比不頻繁的脈沖更高的QP測量。換句話說，當(dāng)問題信號更頻繁地發(fā)生時，風(fēng)險信號的絕對幅度可能會被QP測量所掩蓋。

這里的好消息是，峰值和準(zhǔn)峰值掃描對于預(yù)一致性測試仍然有用。峰和QP檢測的示例如圖4所示。在這里，在峰值和QP檢測中都可以看到具有8 μs脈沖寬度和10 ms重復(fù)速率的信號。得到的 QP 值比峰值低 10.1 dB。

圖 4：峰值檢測和準(zhǔn)峰值檢測的比較。

要記住的一個好規(guī)則是，QP值將始終小于等于峰值檢測值，永遠不會大于峰值檢測值。因此，您可以使用峰值檢測來執(zhí)行 EMI 故障排除和診斷。您不需要精確到與EMI部門或?qū)嶒炇覓呙柘嗤某潭?，因為測量都是相對的。如果 labre 報告中的 QP 值顯示設(shè)計超過 3 dB，而峰值檢測值為 6 dB 以上，那么您就知道需要實施將信號降低 3 dB 或更高的修復(fù)。

測試機構(gòu)通常會對EMI報告進行掃描，這些條件是公司實驗室可能無法復(fù)制的特殊條件。例如，被測設(shè)備（DUT）可以放置在轉(zhuǎn)盤上，可以從多個角度收集信息。這種方位角信息非常有用，因為它將指示問題發(fā)出的DUT區(qū)域?；蛘撸珽MI測試室可能會在經(jīng)過校準(zhǔn)的RF室中進行測量，并將結(jié)果報告為場強的測量。

幸運的是，您不需要重復(fù)測試室條件來排除EMI測試故障。與其使用在高度受控的EMI測試設(shè)施中執(zhí)行的絕對測量，不如使用測試報告中的信息進行故障排除，充分了解用于生成報告的測量技術(shù)，以及圍繞DUT隔離源的相對觀察并衡量補救措施的有效性。

尋找 EMI 輻射 – 從哪里開始？
現(xiàn)在是時候繼續(xù)關(guān)注不需要的EMI源了。當(dāng)我們從EMI的角度來看任何產(chǎn)品時，整個設(shè)計可以被認為是能量源和天線的集合。EMI問題的常見（但絕不是唯一）來源包括：

• 電源濾波器
• 接地阻抗
• 信號返回不足
• 液晶屏發(fā)射
• 組件寄生效應(yīng)
• 電纜屏蔽不良
• 開關(guān)電源（直流/直流轉(zhuǎn)換器）
• 內(nèi)部耦合問題
• 金屬化外殼中的靜電放電
• 不連續(xù)的返回路徑

要確定特定電路板上的能量來源以及特定EMI問題的核心能量來源，您需要檢查觀察到的信號的周期性。信號的射頻頻率是多少？它是脈沖式還是連續(xù)式？可以使用基本頻譜分析儀監(jiān)控這些信號特性

你還需要看看巧合。與EMI事件一起在凹凸節(jié)上發(fā)出什么信號？通常的做法是使用檢波器來探測 DUT 上的電信號。檢查電氣事件引起的EMI問題可以說是EMI故障排除中最耗時的過程。過去，很難以同步方式關(guān)聯(lián)來自頻譜分析儀和螺旋儀的信息。

然而，混合域示波器（MDO）的引入通過提供同步的時間相關(guān)視圖和測量改變了這一點。該儀器如圖5所示，簡化了EM故障發(fā)射過程，使其相對容易地看到哪些信號與哪個EMI事件有關(guān)。

圖 5：混合域示波器 （MDO） 將頻譜分析儀、示波器和邏輯分析儀組合在一個單元中，可從所有三個儀器中產(chǎn)生同步的時間相關(guān)測量。此處顯示的是泰克 MDO4000B。

MDO將混合信號示波器的功能與長程分析儀相結(jié)合。通過這種組合，您可以自動顯示和觸發(fā)模擬信號特性、數(shù)字定時、總線事務(wù)以及RF。一些MDO還具有獲取或查看頻譜和時域跡線的能力，包括RF幅度與時間的關(guān)系，RF相位與時間的關(guān)系以及RF頻率與時間的關(guān)系。時間。RF幅度與時間走線如圖6所示。

圖 6：這顯示了 MDO 的時間相關(guān)視圖，其中包含 RF 幅度與時間跡線的關(guān)系。

使用近場探測進行相對測量
雖然合規(guī)性測試程序旨在產(chǎn)生絕對的校準(zhǔn)測量，但可以使用來自DUT的電磁場的相對測量來對大部分進行故障排除。特別是，您可以使用MDO的光譜分析儀功能和RF通道，通過探測近場中波阻抗的行為來歸零能量源。在執(zhí)行此操作的同時，在示波器的一個模擬通道上使用無源探頭探測信號，以發(fā)現(xiàn)與RF相關(guān)的信號。

不過，首先，它有助于了解將要探測的電磁場區(qū)域的一些背景。圖7顯示了近場和遠場中波阻抗的行為，以及它們之間的轉(zhuǎn)換區(qū)域。您可以看到，在近場區(qū)域中，磁場的范圍可以從主要磁性到主要電。在近場中，非輻射行為占主導(dǎo)地位，波阻取決于光源的性質(zhì)和距離。在遠場中，阻抗是恒定的，測量不僅取決于在近場中可觀察到的活動，還取決于天線增益和測試條件等其他因素。

圖 7：這顯示了近場和遠場中波阻抗的行為，以及它們之間的過渡區(qū)。近場測量是用于EMI故障排除的測量。

近場測量是用于EMI故障排除的測量，因為它們允許您精確定位能量來源，而無需在測試現(xiàn)場的特定條件。但是，一致性測試在遠場進行，而不是在近場進行。您通常不會使用遠場，因為它因太多變量而變得復(fù)雜：遠場信號的強度不僅取決于源的強度，還取決于輻射機制以及任何可能到位的屏蔽器濾波。根據(jù)經(jīng)驗，請記住，如果您能夠在遠場中觀察到信號，那么您應(yīng)該能夠在近場中看到相同的信號。（但是，有可能在近場中觀察到信號，而在遠場看不到相同的信號。

近場探頭本質(zhì)上是設(shè)計為局部磁（H場）或電（E場）變化的天線。通常，近場探頭不附帶校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因此它們用于進行相對測量。如果您不熟悉用于測量H場和E場變化的探頭，它有助于了解近場探頭設(shè)計和最佳用途：

H場（磁）探頭具有獨特的環(huán)設(shè)計，如圖8所示。重要的是，H場探頭的方向是，環(huán)路的平面與被評估的導(dǎo)體一致，從而定位環(huán)路，使磁通量的磁場線通過它。

圖 8：將 H 場探頭與電流對齊，使磁場線穿過環(huán)路。

環(huán)路的大小決定了靈敏度和測量面積，因此在使用這些類型的探頭時必須小心以隔離能量源。近場探頭套件通常包括不同環(huán)路尺寸的弧形，因此您可以使用漸進式旋轉(zhuǎn)器環(huán)路尺寸來縮小測量區(qū)域。

H場探頭對于識別具有相對較高電流的來源非常有用，例如：

• 低阻抗節(jié)點和電路
• 傳輸線
• 電源
• 端接電線和電纜

電場（電）探頭用作小單極天體，對電場或電壓變化做出響應(yīng)。使用這些類型的探頭時，保持探頭垂直于測量平面非常重要，如圖9所示。

圖 9：將 E 場探頭垂直于導(dǎo)體放置以觀察電場。

在實踐中，E-field探頭非常適合在非常小的區(qū)域上歸零，并識別電壓相對較高的源以及沒有終端的源，例如：

• 高阻抗節(jié)點和電路
• 未端接的印刷電路板走線
• 電纜

在低頻下，系統(tǒng)中的電路節(jié)點阻抗可能會有很大差異。需要了解電路或?qū)嶒炛R才能確定H場或E場探頭是否能提供最靈敏的靈敏度。在較高的頻率下，這些差異可能是戲劇性的。在所有情況下，進行重復(fù)的相對測量都很重要，這樣您就可以確信所實施的任何變化的近場發(fā)射結(jié)果都能得到準(zhǔn)確表示。最重要的考慮因素是，對于每個實驗變化，近場探頭的位置和方向要保持一致。

追蹤EMI發(fā)射源
在此示例中，對小型微控制器的EMI掃描表明，似乎以144MHz為中心的寬帶信號存在超限故障。使用MDO的頻譜分析儀功能，第一步是將H場探頭連接到RF輸入，以使用相對近場測量來定位能量源。

如上所述，H場探頭的方向很重要，這樣環(huán)路的平面與被評估的導(dǎo)體一致。在PCB周圍移動H場探頭，可以定位能量源。通過逐步選擇更窄的孔徑探頭，您可以將搜索集中在較小的區(qū)域。

一旦找到表觀能量源，RF幅度。時間跡線如圖10所示，繪制了跨度內(nèi)所有信號的集成功率對流時間。使用此跡線，可以清楚地看到顯示屏中的大脈沖。在記錄長度上移動頻譜時間，很明顯EMI事件（即以140 MHz為中心的寬帶信號）直接對應(yīng)于大脈沖。為了穩(wěn)定測量，請打開RF功率觸發(fā)器，然后增加記錄長度以確定RF脈沖發(fā)生的頻率。要測量脈沖重復(fù)周期，請啟用測量標(biāo)記并直接確定周期。

圖 10：MDO 的 RF 幅度與時間走線的關(guān)系（上圖）顯示了 140 MHz 時的微弱脈沖。頻譜顯示（底部圖）顯示其頻率內(nèi)容。

積極識別EMI源的下一步是利用MDO的示波器部分。保持相同的設(shè)置，打開示波器的通道1，然后瀏覽PCB，尋找與EMI事件重合的信號源。

在用示波器探頭瀏覽信號一段時間后，發(fā)現(xiàn)了圖11中的信號：在本例中為電源濾波器。在顯示屏上可以清楚地看到，連接到示波器通道1的信號與EMI事件直接相關(guān)?，F(xiàn)在，可以制定EM修復(fù)計劃，并在嘗試認證測試之前糾正問題。

圖 11：在示波器的一個模擬通道上使用無源探頭可發(fā)現(xiàn)與 RF 相關(guān)的信號。

結(jié)論
EMI 一致性測試失敗會使產(chǎn)品開發(fā)進度面臨風(fēng)險。但是，預(yù)一致性測試可以幫助您在達到該階段之前解決EMI問題。您無需在高度受控的EMI測試設(shè)施中進行絕對測量，而是可以使用EMI測試報告中的信息進行相關(guān)的觀察，這些觀察結(jié)果可用于隔離源并衡量修復(fù)效果。

有效的EMI故障排除通常涉及近場探測以查找相對較高的電磁場，確定其特性，并使用混合域示波器將場活動與電路活動相關(guān)聯(lián)以確定EMI源。此處概述的故障排除技術(shù)可以有效地幫助您隔離有問題的能源，以便您可以在提交設(shè)計以進行EMI認證之前對其進行補救。