EMC 預(yù)測(cè)試技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量不可少的手段

1 引言
電磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指電子、電氣設(shè)備共處一個(gè)環(huán)境中能互不干擾、兼容工作的能力。對(duì)于一個(gè)設(shè)備，既要求它不產(chǎn)生過(guò)大的干擾使其它設(shè)備工作失常，也要求它具有一定的抗干擾能力，以保證在其它設(shè)備發(fā)出的干擾環(huán)境下能正常工作。
為了獲得一個(gè)產(chǎn)品(設(shè)備、系統(tǒng))優(yōu)良的EMC，其中之一是預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能存在的EMC問(wèn)題。它包括了以下二個(gè)方面：⑴電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干擾耦合路徑特性、受試設(shè)備的電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特性的物理模擬預(yù)測(cè)與數(shù)學(xué)模擬預(yù)測(cè)；⑵研究科學(xué)可行的EMC測(cè)試與試驗(yàn)技術(shù)，即包括測(cè)試方法與測(cè)試設(shè)備。值此，本文將對(duì)EMC預(yù)測(cè)試技術(shù)特征與新型測(cè)試設(shè)備及其測(cè)試應(yīng)用實(shí)例作分析說(shuō)明。

2 EMC預(yù)測(cè)試必不可少
一個(gè)產(chǎn)品EMC的評(píng)價(jià)最終歸結(jié)為是否符合相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施這種評(píng)價(jià)稱為EMC鑒定測(cè)試(CompliaHce Measurement)。它是在一個(gè)產(chǎn)品投放市場(chǎng)前的最后階段完成的。其實(shí)，按照一個(gè)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)全過(guò)程中所需要的EMC測(cè)試量而言。鑒定測(cè)試只占了不到10%，90%的測(cè)試工作量是在此前完成的，包括準(zhǔn)電路的板卡、原理樣機(jī)、初樣到正樣研制的過(guò)程中，通過(guò)不斷的EMC測(cè)試逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品良好的電磁兼容性。將這90%的測(cè)試工作總稱為EMC預(yù)測(cè)試。預(yù)測(cè)試可以比鑒定測(cè)試精確度低些、粗略一些，以便迅速找出問(wèn)題并不使測(cè)試設(shè)施費(fèi)用過(guò)高。
預(yù)測(cè)試儀表在保證必需的精度的同時(shí)，縮短測(cè)量時(shí)間是一個(gè)不可忽視的因素。如采用頻譜分析儀既可以保證與EMI接收機(jī)有相似的精度，又可顯著提高測(cè)量速度，而且價(jià)格不足EMI接收機(jī)的一半。因此，預(yù)測(cè)試常采用頻譜分析儀代替EMI接收機(jī)，如圖2（b）所示。也就是說(shuō)，預(yù)測(cè)試系統(tǒng)可以使單位具有全程的EMC檢測(cè)手段，可以全面提高產(chǎn)品的EMC特性。

3 如何建立EMC預(yù)測(cè)試系統(tǒng)
所謂預(yù)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)際上也是嚴(yán)格按照國(guó)家各種EMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，包括設(shè)備、方法等等。但是，預(yù)測(cè)試系統(tǒng)具有區(qū)別于鑒定測(cè)試的特點(diǎn)主要如下：其一是對(duì)環(huán)境要求較低，EMC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，一般必須在屏蔽室或暗室中進(jìn)行，但預(yù)測(cè)試的主要目的在于初步摸底，只要找到問(wèn)題所在即可，所以對(duì)環(huán)境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指標(biāo)可以低于認(rèn)證測(cè)試；其二是核心測(cè)量?jī)x器利用高性能頻譜分析儀，高性能的頻譜分析儀完全具備了EMC檢測(cè)的能力，可以取代傳統(tǒng)的EMI接收機(jī)，目前有一個(gè)共識(shí)，頻譜分析儀是建立預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的最佳選擇；其三是專用的中文軟件；其四是EMC預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂是測(cè)試軟件與測(cè)試附件(傳感器/天線、LISN、衰減器等)。
3.1 EMI預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的基本組成。
EMI測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 EMI測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)主要按照GJBl51A的CEl01、CEi02、REi01和REl02對(duì)電子、電氣或機(jī)電產(chǎn)品的EMI性能進(jìn)行測(cè)試，檢查受試設(shè)備的相關(guān)EMI性能是否合格。如果不合格必須指出頻率點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的幅度值，以備產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地提出解決辦法，將問(wèn)題較早地消除，為產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)前能通過(guò)EMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
系統(tǒng)所采取的測(cè)試方法按照前述GJBl52A中有關(guān)部分所規(guī)定的程序進(jìn)行，包括標(biāo)準(zhǔn)的檢查配置、正式測(cè)試配置、校準(zhǔn)步驟、測(cè)試步驟和測(cè)試完畢所應(yīng)提交的數(shù)據(jù)。
基本的系統(tǒng)測(cè)量指標(biāo)：頻率范圍3Hz-26.5GHz；距離容差±5%；頻率容差±2%；，測(cè)量接收機(jī)幅度容差±2dB；測(cè)量系統(tǒng)(包括測(cè)量接收機(jī)、傳感器、電纜等)容差±3dB；時(shí)間(波形)容差±5%。

3.2 系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分
⑴ 硬件部分
包括三個(gè)分系統(tǒng)：前端子系統(tǒng)(主要包括傳感器，如電流探頭、環(huán)形天線、桿天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線；電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；衰減器等)、接收機(jī)子系統(tǒng)(主要包括頻譜儀、射頻預(yù)選器和EMI分辨帶寬選件等)和主控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)(主要包括IBM兼容機(jī)、PC-GPIB卡、GPIB線纜)。
① 接收機(jī)子系統(tǒng)功能與指標(biāo)
接收機(jī)子系統(tǒng)是采用新型的E4440A型EMI測(cè)量接收機(jī)(安捷倫公司產(chǎn))。功能與指標(biāo)如下。
E4440APSA系列頻譜分析儀與全新N9039A射頻預(yù)選器雙劍合璧且精確、快速、頻率高達(dá)50GHz的EMI測(cè)量接收機(jī)。這款新型接收機(jī)能夠進(jìn)行精確和可重復(fù)的測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)可在整個(gè)測(cè)量帶寬上提供最佳的幅度和頻率精度。該系統(tǒng)每次掃描8192個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以分析超寬掃寬，同時(shí)擁有CISPR所要求的分辨率。另外，全新的射頻預(yù)選器使系統(tǒng)完全符合CISPR標(biāo)準(zhǔn)。可以從旁路快速切換到預(yù)選模式，以進(jìn)行兼容性測(cè)量。EMI測(cè)量系統(tǒng)可提供需要的幅度性能和系統(tǒng)精度，以實(shí)現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。
② EMI測(cè)量系統(tǒng)描述和元件
包含帶有EMI專用軟件的頻譜分析儀E4440A PSA系列、射頻預(yù)選器N9039A與N5181A系統(tǒng)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器。
③ 進(jìn)行發(fā)射分析所需的所有特性
9kHz至1GHz射頻預(yù)選；ClSPR帶寬(200Hz、9kHz、120kHz和1MHz)；檢波器(平均值、準(zhǔn)峰值和峰值)；限制線和限制范圍；天線、線纜、放大器和其他設(shè)備的校正因數(shù)；利用外部信號(hào)源進(jìn)行的預(yù)選濾波器校準(zhǔn)；執(zhí)行發(fā)射保護(hù)的內(nèi)置限制器；極其靈敏的前置放大器；可從101個(gè)變到8192個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
④ 測(cè)量精度和可重復(fù)性
1GHz頻率內(nèi)的輻射發(fā)射頻段靈敏度為152dBm；絕對(duì)幅度精度為±1.0dB，9kHz至1GHz；輸入VSWR為1.2：1；預(yù)選TOI為+5dBm；100MHz掃寬時(shí)的掃寬精度：20kHz典型值。
⑵ 軟件部分
從功能上可以將該軟件系統(tǒng)劃分為五個(gè)模塊：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、掃描模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和測(cè)試結(jié)果輸出模塊。

4 實(shí)用新型的電磁兼容性(EMC)測(cè)試設(shè)備
4.1 EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)
采用陣列探頭和電子掃描技術(shù)的近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，能獲取被測(cè)物完整電磁場(chǎng)信息的測(cè)量系統(tǒng)，集EMC診斷和EMI測(cè)試為一體的電磁兼容綜合測(cè)量系統(tǒng)。
⑴ 獨(dú)特的EMC診斷系統(tǒng)
由1218個(gè)探頭組成的陣列掃描器，實(shí)時(shí)看清電磁場(chǎng)，精確定位窄帶和寬帶電磁干擾源[見(jiàn)圖2(a)所示]，解決各類EMI問(wèn)題；能實(shí)時(shí)顯示EMS測(cè)試對(duì)被測(cè)物內(nèi)部電路的影響，快速解決EMS問(wèn)題；快速準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)箱的屏蔽性能，能幫助工程師迅速積累正確的解決EMI/EMS問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。

圖2 (a) 獨(dú)特的EMC診斷系統(tǒng)示意圖