排查EMI問題的實(shí)用性技巧

現(xiàn)在是把我們的目光專注到有害的EMI源上面的時(shí)候了。當(dāng)我們從EMI的角度看任何一款產(chǎn)品時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)可以被看作是能量源和天線的一個(gè)集合。EMI問題的常見(但絕不是唯一)源包括：

●電源濾波器

●地阻抗

●沒有足夠的信號(hào)返回

●LCD輻射

●元件寄生參數(shù)

●電纜屏蔽不良

●開關(guān)電源(DC/DC轉(zhuǎn)換器)

●內(nèi)部耦合問題

●金屬外殼中的靜電放電

●不連續(xù)的返回路徑

為了確定一塊特定電路板上的能量源以及位于特定EMI問題中心的天線，你需要檢查被觀察信號(hào)的周期。信號(hào)的射頻頻率是多少?是脈沖式的還是連續(xù)的?這些信號(hào)特征可以使用基本的頻譜分析儀進(jìn)行監(jiān)視。

你還需要查看巧合性。待測設(shè)備(DUT)上的哪個(gè)信號(hào)與EMI事件是同時(shí)發(fā)生的?一般常見的做法是用示波器探測DUT上的電氣信號(hào)。檢查EMI問題與電氣事件的巧合性無疑是EMI排查中最耗時(shí)間的工作。過去，將來自頻譜分析儀和示波器的信息以同步方式關(guān)聯(lián)在一起一直是很難做的一件事。

然而，混合域示波器(MDO)的推出使情況有了改觀，它能提供同步的而且與時(shí)間相關(guān)聯(lián)的觀察和測量功能。如圖5所示的這種儀器能夠相當(dāng)容易地讓我們觀察哪個(gè)信號(hào)與哪個(gè)EMI事件同時(shí)發(fā)生，從而可以簡化EMI排查過程。

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臺(tái)儀表內(nèi)，可以從全部三臺(tái)儀器中產(chǎn)生同步的而且與時(shí)間關(guān)聯(lián)的測量結(jié)果。圖中顯示的是泰克公司的MDO4000B。

MDO將混合信號(hào)示波器的功能和頻譜分析儀的功能整合在一起。借助這種組合，你能夠自動(dòng)顯示模擬信號(hào)特征、數(shù)字時(shí)序、總線事務(wù)以及射頻并在這些信息基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。一些MDO還能捕獲或觀察頻譜和時(shí)域軌跡，包括射頻幅度對(duì)時(shí)間、射頻相位對(duì)時(shí)間以及射頻頻率對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線。射頻幅度與時(shí)間軌跡如圖6所示。

圖6：這張圖顯示了MDO提供的時(shí)間關(guān)聯(lián)觀察功能，圖中顯示了射頻幅度與時(shí)間的關(guān)系軌跡。

近場探測開展相對(duì)測量

雖然一致性測試過程設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生絕對(duì)的校準(zhǔn)過的測量，但排查工作很大程度上可以使用從待測設(shè)備發(fā)生的電磁場的相對(duì)測量方法。更有甚者，你可以使用MDO 的頻譜分析儀功能和射頻通道探測近場中的波阻行為，從而找出能量源來。與此同時(shí)，你可以用示波器某個(gè)模擬通道上的無源探針探測信號(hào)，以便發(fā)現(xiàn)與射頻關(guān)聯(lián)的信號(hào)。

不過首先你得了解一些有關(guān)待探測的電磁場區(qū)的一些背景知識(shí)。圖7顯示了處于近場和遠(yuǎn)場中的波阻行為以及兩者之間的過渡區(qū)。從圖中可以看到，在近場區(qū)中，場的范圍可以從占主導(dǎo)地位的磁場到占主導(dǎo)地位的電場。在近場中，非輻射行為是主導(dǎo)的，因此波阻取決于源的性質(zhì)和距源的距離。而在遠(yuǎn)場中，阻抗是固定不變的，測量不僅取決于在近場中可觀察到的活動(dòng)，而且取決于天線增益和測試條件等其它因素。

圖7：這張圖顯示了近場和遠(yuǎn)場中的波阻行為以及兩者之間的過渡區(qū)。近場測量可用于EMI排查。

近場測量是可用于EMI排查的一種測量，因?yàn)樗灰鬁y試站點(diǎn)提供專門的條件就能讓你查出能量源。然而，一致性測試是在遠(yuǎn)場中進(jìn)行的，而不是近場。你通常不會(huì)使用遠(yuǎn)場，因?yàn)橛刑嗟淖兞孔屗兊脧?fù)雜起來：遠(yuǎn)場信號(hào)的強(qiáng)度不僅取決于源的強(qiáng)度，而且取決于輻射機(jī)制以及可能采取的屏蔽或?yàn)V波措施。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需要記住，如果你能觀察遠(yuǎn)場中的信號(hào)，那么應(yīng)該能看到近場中的相同信號(hào)。(然而，能觀察到近場中的信號(hào)而看不到遠(yuǎn)場中的相同信號(hào)是很可能的)

近場探針實(shí)際上就是設(shè)計(jì)用于拾取磁場(H場)或電場(E場)變化的天線。一般來說，近場探針沒有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因此它們適合用于相對(duì)測量。如果你對(duì)用于測量H場和E場變化的探針不熟悉，那么最好了解一些近場探針設(shè)計(jì)和最佳使用方法：

H場(磁場)探針具有獨(dú)特的環(huán)路設(shè)計(jì)，如圖8所示。重要的是，H場探針的方向是有利于環(huán)路平面與待測導(dǎo)體保持一致的，這樣布置的環(huán)路可以使磁通量線直接穿過環(huán)路。

圖8：將H場探針與電流流向保持一致可以使磁場線直接穿過環(huán)路。

環(huán)路大小決定了靈敏度以及測量面積，因此在使用這類探針隔離能量源時(shí)必須十分小心。近場探針套件通常包含許多不同的環(huán)路大小，以便你使用逐漸減小的環(huán)路尺寸來縮小測量面積。

H場探針在識(shí)別具有相對(duì)大電流的源時(shí)非常有用，比如：

●低阻抗節(jié)點(diǎn)和電路

●傳輸線

●電源

●端接導(dǎo)線和電纜

E場(電場)探針用作小型單極天線，并響應(yīng)電場或電壓的變化。在使用這類探針時(shí)，重要的是你要保持探針垂直于測量平面，如圖9所示。

圖9：將E場探針垂直于導(dǎo)體放置以便觀察電場。

在實(shí)際應(yīng)用中，E場探針最適合查找非常小的區(qū)域，并識(shí)別具有相對(duì)高電壓的源以及沒有端接的源，比如：

●高阻抗節(jié)點(diǎn)和電路

●未端接的PCB走線

●電纜

在低頻段，系統(tǒng)中的電路節(jié)點(diǎn)阻抗可能變化很大;此時(shí)要求一定的電路或?qū)嶒?yàn)知識(shí)，以確定H場或E場能否提供最高的靈敏度。在較高頻段，這些區(qū)別可能非常顯著。在所有情況下，開展重復(fù)性的相對(duì)測量很重要，這樣你就能肯定因?yàn)閷?shí)現(xiàn)的任何變化引起的近場輻射結(jié)果能被精確再現(xiàn)。最重要的是，每次試驗(yàn)改變時(shí)近場探針的布局和方面要保持一致。