安捷倫近場(chǎng)電磁干擾源探測(cè)定位方案
概述
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/260108.htm如果一個(gè)新產(chǎn)品在電磁干擾(EMI )預(yù)兼容測(cè)試或者標(biāo)準(zhǔn)兼容測(cè)試中失敗,進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。而近場(chǎng)探頭配合頻譜分析儀查找干擾源,并驗(yàn)證改進(jìn)效果是最常見(jiàn)易行的方法。
圖一 安捷倫X系列信號(hào)分析儀和N9311X-100 近場(chǎng)探頭
近場(chǎng)測(cè)試綜述
在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中,使用經(jīng)過(guò)各類校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測(cè)試,都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射泄漏測(cè)試,可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測(cè)件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試無(wú)法告訴工程師,嚴(yán)重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于殼體的縫隙,還是來(lái)自連接的電纜,或USB ,LAN 之類的通信接口。在這種情況下,我們可以通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試的方法來(lái)定位輻射的真正來(lái)源。
近場(chǎng) EMI 測(cè)量的問(wèn)題在于使用近場(chǎng)探頭的測(cè)量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個(gè)基本原理:近場(chǎng)的輻射越大,遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射也必然越大。所以使用近場(chǎng)探頭測(cè)量,實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)量的測(cè)量,而不是精確的絕對(duì)量測(cè)量。使用近場(chǎng)探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測(cè)試時(shí),我們常常把新被測(cè)件測(cè)試結(jié)果和一個(gè)已知合格被測(cè)件的近場(chǎng)探頭測(cè)試(近場(chǎng)測(cè)試)結(jié)果進(jìn)行比較,來(lái)預(yù)測(cè)EMI 輻射泄漏測(cè)試(遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試)的結(jié)果,而不是直接和符合EMI兼容標(biāo)準(zhǔn)的限制線進(jìn)行比較。同時(shí),測(cè)試的絕對(duì)數(shù)值意義也不大,因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試結(jié)果和諸多變量,包括探頭的位置方向、被測(cè)件的形狀等會(huì)密切相關(guān)。
近場(chǎng)探頭的種類及主要特點(diǎn)
電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。在近場(chǎng),電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在,其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場(chǎng)為主還是磁場(chǎng)為主,主要是由發(fā)射源的類型決定的。簡(jiǎn)而言之,在高電壓,低電流的區(qū)域,電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。高電流,低電壓的區(qū)域,磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。同時(shí)在主要的EMI 測(cè)試頻段,磁場(chǎng)隨著距離的變化要快于電場(chǎng)。
因?yàn)榇艌?chǎng)是由電流產(chǎn)生的,所以最常見(jiàn)的發(fā)射源包括芯片,器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號(hào)線纜。最常見(jiàn)的磁場(chǎng)探頭多為環(huán)狀,當(dāng)磁場(chǎng)傳播線和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候,測(cè)量數(shù)值最大。所以在測(cè)量過(guò)程中,工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來(lái)測(cè)量到最大的磁場(chǎng)數(shù)值,同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。
電場(chǎng)是由電壓產(chǎn)生,主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等。最簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭類似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開(kāi),露出芯線來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭進(jìn)行使用。在沒(méi)有屏蔽設(shè)備的情況下,電場(chǎng)探頭的問(wèn)題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號(hào),如蜂窩通信的上下行信號(hào),從而影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
選擇近場(chǎng)探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素,包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。
近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對(duì)的指標(biāo),關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機(jī)能不能容易的測(cè)量到輻射泄漏信號(hào),并且有足夠的裕量去觀察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高,我們可以選擇靈敏度相對(duì)較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭,甚至考慮外接前置放大器提高整體系統(tǒng)的靈敏度。
分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來(lái)說(shuō)分辨率和靈敏度是一對(duì)矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場(chǎng)探頭為例,尺寸越大的環(huán)狀探頭,靈敏度往往越高,測(cè)試面積越大,從而分辨率就會(huì)越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭,在大范圍測(cè)試的時(shí)候用較大的探頭,找到疑似區(qū)域,再逐漸減小探頭尺寸,最終定位到干擾源。
頻率響應(yīng)是一個(gè)往往會(huì)被大家忽略的重要因素。所謂的頻率響應(yīng)就是探頭測(cè)量同樣幅度,不同頻率的信號(hào),所得到的幅值差異。我們?cè)谇拔奶岬竭^(guò),使用探頭進(jìn)行EMI 分析,是一種相對(duì),定性的測(cè)試。但是如果探頭的頻率響應(yīng)較差或不夠平坦,會(huì)使全頻段的測(cè)試結(jié)果不直觀,讓我們忽略一些重要的輻射泄漏信號(hào)。
探頭的形狀以及多樣性也是重要的因素。除了常規(guī)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)探頭,在進(jìn)行EMI 分析的時(shí)候,我們還往往需要一些特殊的探頭。工程師經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情況,在找到一個(gè)干擾源位置并進(jìn)行屏蔽處理后,發(fā)現(xiàn)整機(jī)的輻射泄漏并沒(méi)得到足夠的改善。那么最常見(jiàn)的原因就是這個(gè)干擾信號(hào)通過(guò)信號(hào)線纜或者電源線纜傳播到了其他區(qū)域,并最終輻射到了空間。常規(guī)的近場(chǎng)探頭很難對(duì)線纜內(nèi)部的干擾進(jìn)行探測(cè),就往往需要使用下面會(huì)介紹到的N9311X-100 近場(chǎng)探頭組中的4號(hào)探頭專門用于線纜干擾的測(cè)試。
安捷倫N9311X-100 近場(chǎng)探頭組
為了配合具有強(qiáng)大EMI 分析功能的安捷倫X系列信號(hào)分析儀,并快捷的完成干擾源的定位,安捷倫最新推出了一組覆蓋30 MHz 至3 GHz的近場(chǎng)探頭,選件N9311X-100 。該探頭組包括4個(gè)磁場(chǎng)探頭,向用戶提供了綜合靈敏度與分辨率的最佳選擇。不僅可以用于電磁干擾源的探測(cè)和定位還能夠滿足專業(yè)的線纜干擾測(cè)試需求,可以幫助用戶方便快捷的分析絕大多數(shù)EMI 問(wèn)題。
表一 N9311X-100近場(chǎng)探頭組技術(shù)指標(biāo)
如果用戶需要更高的測(cè)試靈敏度,安捷倫還提供了可以和N9311X-100近場(chǎng)探頭配合使用的外置前置放大器,選件N9311X-110。該放大器在100 kHz至3 GHz頻段噪聲系數(shù)僅為4.5 dB ,提供30 dB增益。
圖二 N9311X-100前置放大器
結(jié)論
安捷倫N9311X-100近場(chǎng)探頭組以及配套的N9311X-110前置放大器,重量輕,安裝快捷,使用方便。同時(shí)該探頭具有很寬的頻率范圍,集良好的分辨率和靈敏度為一體,可以快速分析查找各類EMI 干擾源。配合安捷倫X系列信號(hào)分析儀的良好性能及專業(yè) EMI 測(cè)量分析功能,為用戶提供了性價(jià)比最優(yōu)的專業(yè)EMI 分析工具。
推薦配置
N9311X-100: 30 MHz至3 GHz近場(chǎng)探頭組
N9311X-110: 外置前置放大器(選配)
安捷倫X系列信號(hào)分析儀及N6141A/W6141A EMI接收機(jī)軟件
信號(hào)分析儀典型配置
N9000A-503 或507: 3 GHz或7.5 GHz CXA 信號(hào)分析儀
N9000A-P03 或P07: 3 GHz或7.5 GHz CXA 前置放大器
W6141A-2FP: EMI接收機(jī)應(yīng)用軟件
評(píng)論