電磁兼容：傳導干擾測試
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EMC測試，簡單地說，就是測量產(chǎn)品的射頻輸出量，并比較其輸出值是否符合國家相關(guān)部門制定的標準。一般來講，任何可能會輸出RF信號的商業(yè)產(chǎn)品，都必須通過上述標準。
EMC兼容測試需要用到專業(yè)的設(shè)備和專門的技術(shù)，對于大多數(shù)公司來說，這些設(shè)備的成本是非常高昂的，所以一般都是選擇在產(chǎn)品開發(fā)完成后，送到第三方實驗室做認證測試。然而遺憾的是，很少有產(chǎn)品能夠一次性就通過，一般都需要多次整改。這樣的重復(fù)整改和測試，會增加成本，不可避免地，產(chǎn)品上市也將被延遲，這會給公司帶來非常重大的損失。
怎么解決這個問題呢？我們可以通過一些簡單的工具和技術(shù)來減少時間和經(jīng)濟成本的損失。我們可以在產(chǎn)品開發(fā)的各個階段，進行預(yù)兼容測試，識別并解決出現(xiàn)的EMC問題，這個過程并不需要昂貴的設(shè)備支撐，整體來講，省時省力又省錢。
在這篇應(yīng)用文檔中，我們將介紹如何進行傳導干擾的預(yù)兼容測試。這項技術(shù)將最大限度地避免產(chǎn)品開發(fā)后期的重復(fù)整改，幫助工程師更好地理解電路設(shè)計中需要注意的EMC問題，同時，對于未來的產(chǎn)品設(shè)計中如何規(guī)避EMC問題，也是一個很好的參考。
2、傳導干擾
傳導干擾，主要是測量用電產(chǎn)品產(chǎn)生的，通過線纜傳播的射頻分量，如能量，信號和數(shù)據(jù)。大多數(shù)對于傳導干擾的測試標準都集中在主電源交流分量產(chǎn)生的能量。電纜上過多的射頻分量會產(chǎn)生過度干擾，尤其是對于廣播收音機和其他的一些廣播頻段而言。
圖1 鼎陽科技頻譜分析儀SSA3021X （2.1 GHz）
傳導干擾預(yù)兼容測試一般需要一臺頻譜分析儀，兩個用作接地層的金屬導電板，和線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）。LISN的作用主要是用來為被測器件（DUT）供電，并將產(chǎn)生的射頻能量從DUT轉(zhuǎn)移到頻譜分析儀，這樣我們就可以通過頻譜分析儀屏幕上顯示的信息判定出這個被測器件是否符合標準了。我們還可以增加額外的瞬態(tài)保護和衰減，以免能量過大，造成對頻譜儀的損壞。典型的的傳導干擾預(yù)兼容測試的設(shè)置如圖2所示：
圖2 典型傳導干擾預(yù)兼容測試設(shè)置，圖中用瞬態(tài)限幅器和衰減器保護頻譜儀的RF輸入端
這套裝備基本能完全模擬出第三方實驗室對傳導干擾的測試設(shè)置，成本很低，并且設(shè)備對環(huán)境中產(chǎn)生的RF能量不敏感，這使得結(jié)果會相對來說比較準確。傳導干擾的測試要比輻射干擾的測試來得簡單，也更容易獲取到準確的數(shù)據(jù)。
設(shè)備清單：
頻譜分析儀/EMI 接收器：測量相對于頻率的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應(yīng)該不低于1GHz, DANL為-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。
瞬態(tài)限幅器（可選用）： 保護頻譜儀RF輸入端，防止能量過大損壞儀器。
衰減器（可選用）： 備用3dB和10dB的衰減器，保護頻譜儀受到能量過大信號的破壞。
線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）：將DUT產(chǎn)生的RF能量傳輸?shù)筋l譜分析儀/EMI 接收機。選擇符合國家相關(guān)部門出臺的EMC標準，和DUT適配的LISN
注意：請認真研讀LISN用戶手冊。某些設(shè)計可能存在潛在的高壓，非常危險，可能需要特殊說明才能安全操作。
水平接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到垂直接地層留出40cm的距離。
垂直接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到水平接地層留出80cm的距離。水平和垂直接地層兩者交匯處采用低阻抗導電帶連接。
LISN連接: 短金屬導電片，用于將LISN連接到水平接地層。需要具備低阻抗特性，最好是薄金屬帶。如果用電線的話，效果不理想。
不導電工作臺：尺寸略大于DUT。材質(zhì)可以是木材，玻璃纖維，塑料。
物理設(shè)置
將DUT放在不導電工作臺的中心位置
將水平接地層放到與DUT距離80cm的位置，并在DUT正下方居中。
將垂直接地層放到與DUT距離40cm的位置，并以DUT為中心。將垂直和水平接地層電氣連接。
將LISN連接到水平接地層。
將頻譜分析儀/EMI接收機放置在離水平接地層的邊緣幾英尺的地方，并將其連接電源。
測試前檢查
根據(jù)頻譜分析儀制造商的建議預(yù)熱儀器。
打開LISN電源，但此時注意不要連接DUT。
將LISN RF輸出端連接到頻譜儀的RF輸入端。同時可以連上瞬態(tài)限幅器和3dB或者10dB的衰減器。
設(shè)置頻譜儀：
將起始頻率設(shè)置為150 kHz
將終止頻率設(shè)置為30 MHz
將RBW設(shè)置為1 MHz
將檢波方式設(shè)置為正峰值檢波
將LISN校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
許多頻譜分析儀都有創(chuàng)建Limit模板的功能。如果可用，您可以將特定的Limit模板添加到頻譜分析儀，這樣可以進一步簡化測量過程。
（選用）如果使用瞬態(tài)限幅器，請將其校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
（選用）如果使用外部衰減器，請將其校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
在沒有輸入的前提下，觀測頻譜儀的界面，它的譜線應(yīng)該是平滑且功率非常低的。您也可以將RBW設(shè)置到最低，顯示出來的譜線代表的是本底噪聲。
我們可以將這些保存為圖片或圖像文件以供稍后參考。 下面的圖3顯示了鼎陽科技 SSA3032X頻譜分析儀的開路頻譜圖，其配置如上所述：
設(shè)備清單：
頻譜分析儀/EMI 接收器：測量相對于頻率的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應(yīng)該不低于1GHz, DANL為-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。
瞬態(tài)限幅器（可選用）： 保護頻譜儀RF輸入端，防止能量過大損壞儀器。
衰減器（可選用）： 備用3dB和10dB的衰減器，保護頻譜儀受到能量過大信號的破壞。
線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）：將DUT產(chǎn)生的RF能量傳輸?shù)筋l譜分析儀/EMI 接收機。選擇符合國家相關(guān)部門出臺的EMC標準，和DUT適配的LISN
注意：請認真研讀LISN用戶手冊。某些設(shè)計可能存在潛在的高壓，非常危險，可能需要特殊說明才能安全操作。
水平接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到垂直接地層留出40cm的距離。
垂直接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到水平接地層留出80cm的距離。水平和垂直接地層兩者交匯處采用低阻抗導電帶連接。
LISN連接: 短金屬導電片，用于將LISN連接到水平接地層。需要具備低阻抗特性，最好是薄金屬帶。如果用電線的話，效果不理想。
不導電工作臺：尺寸略大于DUT。材質(zhì)可以是木材，玻璃纖維，塑料。
物理設(shè)置
將DUT放在不導電工作臺的中心位置
將水平接地層放到與DUT距離80cm的位置，并在DUT正下方居中。
將垂直接地層放到與DUT距離40cm的位置，并以DUT為中心。將垂直和水平接地層電氣連接。
將LISN連接到水平接地層。
將頻譜分析儀/EMI接收機放置在離水平接地層的邊緣幾英尺的地方，并將其連接電源。
測試前檢查
根據(jù)頻譜分析儀制造商的建議預(yù)熱儀器。
打開LISN電源，但此時注意不要連接DUT。
將LISN RF輸出端連接到頻譜儀的RF輸入端。同時可以連上瞬態(tài)限幅器和3dB或者10dB的衰減器。
設(shè)置頻譜儀：
將起始頻率設(shè)置為150 kHz
將終止頻率設(shè)置為30 MHz
將RBW設(shè)置為1 MHz
將檢波方式設(shè)置為正峰值檢波
將LISN校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
許多頻譜分析儀都有創(chuàng)建Limit模板的功能。如果可用，您可以將特定的Limit模板添加到頻譜分析儀，這樣可以進一步簡化測量過程。
（選用）如果使用瞬態(tài)限幅器，請將其校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
（選用）如果使用外部衰減器，請將其校正數(shù)據(jù)輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
在沒有輸入的前提下，觀測頻譜儀的界面，它的譜線應(yīng)該是平滑且功率非常低的。您也可以將RBW設(shè)置到最低，顯示出來的譜線代表的是本底噪聲。
我們可以將這些保存為圖片或圖像文件以供稍后參考。 下面的圖3顯示了鼎陽科技 SSA3032X頻譜分析儀的開路頻譜圖，其配置如上所述：
圖3 SSA3032X頻譜分析儀的開路本底噪聲
初次掃描
斷開LISN輸出端與頻譜儀輸入端的連線。
將電源線從DUT連接到LISN，電源線不能卷曲和纏繞。確保其平放并且不在DUT和水平接地層之間。
打開DUT的電源。
將LISN RF輸出端重新連接到頻譜分析儀RF輸入端。注意：這些步驟為頻譜分析儀前端增加了另一層保護。 一些LISN還擁有最小化這些瞬變值的特性，在這種情況下，這些步驟就可做可不做了。
觀察掃描結(jié)果并記錄3dB內(nèi)或者是超過limit模板的峰值。這些是潛在的產(chǎn)生問題區(qū)域。
圖4 展示了未通過Limit模板的掃描結(jié)果
斷開LISN輸出端與頻譜儀輸入端的連線。
將電源線從DUT連接到LISN，電源線不能卷曲和纏繞。確保其平放并且不在DUT和水平接地層之間。
打開DUT的電源。
將LISN RF輸出端重新連接到頻譜分析儀RF輸入端。注意：這些步驟為頻譜分析儀前端增加了另一層保護。 一些LISN還擁有最小化這些瞬變值的特性，在這種情況下，這些步驟就可做可不做了。
觀察掃描結(jié)果并記錄3dB內(nèi)或者是超過limit模板的峰值。這些是潛在的產(chǎn)生問題區(qū)域。
圖4 展示了未通過Limit模板的掃描結(jié)果
圖4 初步掃描顯示，根據(jù)FCC第15條針對無意射頻干擾的規(guī)定，該峰值已經(jīng)超過B類限制標準
繼續(xù)掃描和評估
上述初步掃描已經(jīng)大致鎖定了出現(xiàn)射頻泄漏的頻率范圍。但是，設(shè)置與大多數(shù)規(guī)格中指出的設(shè)置不同。我們建議使用以下頻譜儀設(shè)置：RBW = 10 kHz，檢波方式=正峰值，Span= 30MHz。這使您可以快速分析有問題的區(qū)域，并對DUT的射頻泄漏情況有一個大概的了解。
更多可選的器件有助于使測量更精確：
大多數(shù)頻譜分析儀沒有預(yù)選濾波器。如果您使用的是沒有預(yù)選濾波器的頻譜分析儀，則您觀察到的峰值可能不真實。沒有預(yù)選濾波器的分析儀會因帶外信號與觀測信號混合而產(chǎn)生假峰值。
您可以通過添加外部衰減器來測試峰值的真假（選用3dB或者10dB衰減器）。隨著衰減量的增加，真峰值的波峰會下降。如果峰值下降的幅度超過了衰減值，那么很有可能是假峰值。
實際峰值將減少衰減器的數(shù)量。如果峰值下降超過衰減器，則可能是假峰值。記下假峰值，以便與合規(guī)性測試結(jié)果進行比較。您也可以使用預(yù)選濾波器或EMI接收器，但這些對于大多數(shù)快速測試來說往往成本過高。記錄下假峰值，以便后期進行對比。
圖5 給出了一個典型的峰值確認的測試圖。在沒有衰減器的情況下，屏幕上顯示的是黃色跡線。粉紅色跡線是添加了10dB衰減后的結(jié)果。我們不難看出，峰值下降的量與衰減量相同，我們可以判定出這個峰值是真實的，而不是帶外信號的產(chǎn)物。
圖5：使用SIGLENT SSA3000X頻譜分析儀的Marker功能進行兩次掃描的比較
一些頻譜儀的工具包功能非常近似于EMI接收器，不過這些工具包通常是選配的：
EMI濾波器：（6dB帶寬）
RBW帶寬為200 Hz，9 kHz和120 kHz
準峰值（QP）檢波器
如果您猜測該DUT具有瞬態(tài)的RF脈沖，或者間歇性的數(shù)字通信，或者偶發(fā)的瞬態(tài)高功率信號，那么最好是用EMI 濾波器和準峰值檢波器重新掃描一下。
將頻譜儀的中心頻率設(shè)置為感興趣的峰值頻率，將SPAN設(shè)置為指定RBW的10倍，然后將濾波器更改為EMI，將檢波器更改為準峰值（QP）檢波器，然后觀察掃描。由于準峰值檢波器自身特性原因，使用QP檢波器掃描時間會把一般的要長。
許多頻譜分析儀都具有‘最大保持’功能?？梢猿掷m(xù)保持每個頻率點掃描出的最高幅值。這個功能將使得您可以將每個頻點的最壞的數(shù)據(jù)收集到，并加以比較。
如果可以的話，您可以使用Marker功能和峰值表功能，使其能夠清楚地顯示出峰值頻率和幅值。
EMI濾波器：（6dB帶寬）
RBW帶寬為200 Hz，9 kHz和120 kHz
準峰值（QP）檢波器
如果您猜測該DUT具有瞬態(tài)的RF脈沖，或者間歇性的數(shù)字通信，或者偶發(fā)的瞬態(tài)高功率信號，那么最好是用EMI 濾波器和準峰值檢波器重新掃描一下。
將頻譜儀的中心頻率設(shè)置為感興趣的峰值頻率，將SPAN設(shè)置為指定RBW的10倍，然后將濾波器更改為EMI，將檢波器更改為準峰值（QP）檢波器，然后觀察掃描。由于準峰值檢波器自身特性原因，使用QP檢波器掃描時間會把一般的要長。
許多頻譜分析儀都具有‘最大保持’功能?？梢猿掷m(xù)保持每個頻率點掃描出的最高幅值。這個功能將使得您可以將每個頻點的最壞的數(shù)據(jù)收集到，并加以比較。
如果可以的話，您可以使用Marker功能和峰值表功能，使其能夠清楚地顯示出峰值頻率和幅值。
圖6 激活峰值表和marker標記功能
上位機軟件
為了便于搜集EMC報告數(shù)據(jù)和屏幕截圖，SIGLENT鼎陽還提供了一個名為EasySpectrum的免費軟件包。它可以讓用戶快速輸入，存儲和調(diào)用硬件校正因子，生成Limit限制模板和生產(chǎn)掃描報告等。更多相關(guān)信息，請參考SSA3000X軟件頁面。
為了便于搜集EMC報告數(shù)據(jù)和屏幕截圖，SIGLENT鼎陽還提供了一個名為EasySpectrum的免費軟件包。它可以讓用戶快速輸入，存儲和調(diào)用硬件校正因子，生成Limit限制模板和生產(chǎn)掃描報告等。更多相關(guān)信息，請參考SSA3000X軟件頁面。
圖7 SIGLENT鼎陽的EasySpectrum軟件的EMI掃描報告示例
3、結(jié)論
幾乎所有會產(chǎn)生射頻泄漏的商業(yè)性電子產(chǎn)品都需要進行EMC認證。一般的公司都會送到第三方實驗室進行檢驗，但是這價格非常高昂，并且實驗室本身也是需要預(yù)約的，所以對于公司來講，時間和經(jīng)濟成本的代價都很高。
通過一些簡單的工具和方法，可以先行進行預(yù)兼容測試，從而大大縮短產(chǎn)品開發(fā)總時間，降低成本，自行反復(fù)整改和調(diào)試的經(jīng)驗，也會大大減少未來產(chǎn)品的EMC問題。
幾乎所有會產(chǎn)生射頻泄漏的商業(yè)性電子產(chǎn)品都需要進行EMC認證。一般的公司都會送到第三方實驗室進行檢驗，但是這價格非常高昂，并且實驗室本身也是需要預(yù)約的，所以對于公司來講，時間和經(jīng)濟成本的代價都很高。
通過一些簡單的工具和方法，可以先行進行預(yù)兼容測試，從而大大縮短產(chǎn)品開發(fā)總時間，降低成本，自行反復(fù)整改和調(diào)試的經(jīng)驗，也會大大減少未來產(chǎn)品的EMC問題。
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