正確排查EMI問(wèn)題的四大實(shí)用性技巧

全世界幾乎所有政府都在嘗試控制他們國(guó)家生產(chǎn)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生的有害電磁干擾(EMI)(見(jiàn)圖1)。為了向用戶提供一定的保護(hù)和安全等級(jí)，政府都會(huì)制訂涉及電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常特殊的一些規(guī)則和規(guī)定。

當(dāng)然這是好事。但這也意味著為了盡量減少他們的EMI特征并通過(guò)官方的EMI認(rèn)證測(cè)試，許多公司必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測(cè)試方面花費(fèi)大量的人力物力。壞消息是，即使采用了好的設(shè)計(jì)原理、選擇了高質(zhì)量的元件并且仔細(xì)地表征了產(chǎn)品，當(dāng)進(jìn)行一致性測(cè)試時(shí)，如果測(cè)試并不是所有階段都進(jìn)展順利，那么EMI故障仍有可能影響到產(chǎn)品的發(fā)布日程。

通常公司為了避免這樣的情景出現(xiàn)，會(huì)在設(shè)計(jì)和原型建立階段做一些“預(yù)先的一致性”測(cè)量。更好的做法是在產(chǎn)品發(fā)出去做一致性測(cè)試之前就能夠確定和修復(fù)潛在的EMI問(wèn)題。

當(dāng)然，大多數(shù)公司的實(shí)驗(yàn)室并不具備做絕對(duì)EMI測(cè)量所需的測(cè)試室條件。好消息是，無(wú)需復(fù)制測(cè)試室條件就確定和解決EMI問(wèn)題是完全可行的。本文討論的一些技術(shù)可以幫助你減少一個(gè)產(chǎn)品在測(cè)試室進(jìn)行最終完整的EMC一致性評(píng)估時(shí)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。本文還舉了一個(gè)確定信號(hào)特征和一致性以便找出EMI發(fā)射源的例子。

圖1：信號(hào)中不斷變化的電壓和電流會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

理解EMI報(bào)告

在討論排查技術(shù)之前，介紹一下EMI測(cè)試報(bào)告是很有必要的。乍一看，EMI報(bào)告似乎直接提供了有關(guān)特定頻率點(diǎn)故障的信息，因此事情看起來(lái)很簡(jiǎn)單，就是使用報(bào)告中的數(shù)據(jù)確定設(shè)計(jì)中的哪個(gè)元件包含問(wèn)題源頻率，并特別加以注意，以便通過(guò)下一輪測(cè)試。然而，雖然許多測(cè)試條件在報(bào)告中是明確表示的，但一些需要考慮的重要事情可能并不那么明顯。在審查設(shè)計(jì)并試圖判斷問(wèn)題源時(shí)，理解測(cè)試室如何生成這種報(bào)告是很有幫助的。

請(qǐng)看圖2所示的EMI測(cè)試報(bào)告，這份報(bào)告顯示大約90MHz處有個(gè)故障。

圖2：這份EMI測(cè)試報(bào)告顯示大約90MHz處有個(gè)故障。

圖3是對(duì)應(yīng)的列表數(shù)據(jù)報(bào)告，其中詳細(xì)列出了測(cè)試頻率、測(cè)量得到的幅度、校準(zhǔn)后的校正因子以及調(diào)整后的場(chǎng)強(qiáng)。然后將調(diào)整后的場(chǎng)強(qiáng)與下一欄中的指標(biāo)進(jìn)行比較，確定余量或超額量，顯示在最右欄。

在圖3所示的余量欄中，你可以看到有一個(gè)峰值超出了這個(gè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在88.7291MHz處規(guī)定的極限，與規(guī)范相差-2.3。

圖3：這個(gè)列表數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的是圖2，它顯示故障點(diǎn)位于88.7291MHz處，但有許多因素令人懷疑這是否是實(shí)際的頻率。

你完工了，是嗎?不，沒(méi)這么快。不要讓所有這些數(shù)字讓你相信這是問(wèn)題EMI源的精確頻率。事實(shí)上，測(cè)試報(bào)告中給出的頻率很有可能不是實(shí)際的源頻率。國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)指出，在執(zhí)行輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)，依據(jù)具體的頻率范圍必須使用不同的測(cè)試方法。每種范圍要求特定分辨率帶寬的濾波器和檢測(cè)器類型，如表1所示。濾波器帶寬決定了解析實(shí)際感興趣頻率的能力;這意味著頻率范圍在排查問(wèn)題源好多方面會(huì)有變化。

表1：CISPR測(cè)試要求根據(jù)不同頻率范圍而有所變化，并影響頻率分辨率。

這里需要著重指出的是，對(duì)某些頻率范圍，CISPR測(cè)試要求提倡使用準(zhǔn)峰值(QP)這種檢測(cè)器類型，這將掩蓋實(shí)際頻率。通常EMI部門(mén)或外部實(shí)驗(yàn)室一開(kāi)始是使用簡(jiǎn)單的峰值檢測(cè)器執(zhí)行掃描來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域的。但當(dāng)所發(fā)現(xiàn)的信號(hào)超過(guò)或接近規(guī)定極限時(shí)，他們也執(zhí)行準(zhǔn)峰值測(cè)量。準(zhǔn)峰值是EMI測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)定義的一種方法，用來(lái)檢測(cè)信號(hào)包絡(luò)的加權(quán)峰值。它根據(jù)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間和重復(fù)率對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，以便對(duì)從廣播角度看解釋為“騷擾”的信號(hào)施加更多的權(quán)重。與不頻發(fā)的脈沖相比，發(fā)生頻率更高的信號(hào)將導(dǎo)致更高的準(zhǔn)峰值測(cè)量結(jié)果。換句話說(shuō)，問(wèn)題信號(hào)發(fā)生的越頻繁，問(wèn)題信號(hào)的絕對(duì)幅度就越可能被準(zhǔn)峰值測(cè)量所屏蔽。

好消息是，峰值和準(zhǔn)峰值掃描對(duì)預(yù)先一致性測(cè)試來(lái)說(shuō)仍然是有用的。圖4給出了一個(gè)峰值和準(zhǔn)峰值檢測(cè)的例子。圖中顯示了峰值檢測(cè)和準(zhǔn)峰值檢測(cè)中都能看到的脈寬為8μs、重復(fù)率為10ms的信號(hào)。結(jié)果準(zhǔn)峰值的檢測(cè)結(jié)果比峰值低了10.1dB。

圖4：峰值檢測(cè)和準(zhǔn)峰值檢測(cè)的比較。

需要記住的一個(gè)好規(guī)則是，準(zhǔn)峰值檢測(cè)值總是小于或等于峰值檢測(cè)值，永遠(yuǎn)不會(huì)大于峰值檢測(cè)值。因此你可以使用峰值檢測(cè)來(lái)開(kāi)展你的EMI排查和診斷。你不需要達(dá)到與EMI部門(mén)或?qū)嶒?yàn)室掃描同等程度的精度，因?yàn)闇y(cè)量都是相對(duì)值。如果你的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中的準(zhǔn)峰值檢測(cè)值表明，設(shè)計(jì)超過(guò)了3dB，峰值檢測(cè)值超過(guò)了 6dB，那么你就知道你需要的修復(fù)工作是將信號(hào)減小3dB或更多。

測(cè)試室為出EMI報(bào)告而開(kāi)展的掃描通常是在特殊條件下進(jìn)行的，你的公司實(shí)驗(yàn)室也許無(wú)法復(fù)制這些條件。舉例來(lái)說(shuō)，待測(cè)設(shè)備(DUT)可能放在一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)上，以便于從多個(gè)角度收集信號(hào)。這種方位角信息是很有用的，因?yàn)樗苤甘締?wèn)題發(fā)生的DUT區(qū)域?；蛘逧MI測(cè)試室可能在校準(zhǔn)過(guò)的射頻房?jī)?nèi)開(kāi)展他們的測(cè)量，并報(bào)告作為強(qiáng)場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。

幸運(yùn)的是，你并不需要完全復(fù)制測(cè)試室的條件才能排查EMI測(cè)試故障。與在高度受控的EMI測(cè)試線上執(zhí)行的絕對(duì)測(cè)量不同，可以使用測(cè)試報(bào)告中的信息、深入理解用于產(chǎn)生報(bào)告的測(cè)量技術(shù)以及對(duì)待測(cè)設(shè)備周邊的相對(duì)觀察以隔離問(wèn)題源并估計(jì)糾正有效性來(lái)開(kāi)展問(wèn)題的排查工作。

從哪里開(kāi)始發(fā)現(xiàn)EMI輻射?