正確排查EMI問題的四大實(shí)用性技巧

全世界幾乎所有政府都在嘗試控制他們國家生產(chǎn)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生的有害電磁干擾(EMI)(見圖1)。為了向用戶提供一定的保護(hù)和安全等級，政府都會制訂涉及電子產(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特征并通過官方的EMI認(rèn)證測試，許多公司必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試方面花費(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)行一致性測試時(shí)，如果測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)，會在設(shè)計(jì)和原型建立階段做一些“預(yù)先的一致性”測量。更好的做法是在產(chǎn)品發(fā)出去做一致性測試之前就能夠確定和修復(fù)潛在的EMI問題。

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

圖1：信號中不斷變化的電壓和電流會產(chǎn)生電磁場。

理解EMI報(bào)告

在討論排查技術(shù)之前，介紹一下EMI測試報(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，因此事情看起來很簡單，就是使用報(bào)告中的數(shù)據(jù)確定設(shè)計(jì)中的哪個(gè)元件包含問題源頻率，并特別加以注意，以便通過下一輪測試。然而，雖然許多測試條件在報(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)并試圖判斷問題源時(shí)，理解測試室如何生成這種報(bào)告是很有幫助的。

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

圖2：這份EMI測試報(bào)告顯示大約90MHz處有個(gè)故障。

圖3是對應(yīng)的列表數(shù)據(jù)報(bào)告，其中詳細(xì)列出了測試頻率、測量得到的幅度、校準(zhǔn)后的校正因子以及調(diào)整后的場強(qiáng)。然后將調(diào)整后的場強(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，沒這么快。不要讓所有這些數(shù)字讓你相信這是問題EMI源的精確頻率。事實(shí)上，測試報(bào)告中給出的頻率很有可能不是實(shí)際的源頻率。國際無線電干擾特別委員會(CISPR)指出，在執(zhí)行輻射發(fā)射測試時(shí)，依據(jù)具體的頻率范圍必須使用不同的測試方法。每種范圍要求特定分辨率帶寬的濾波器和檢測器類型，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題源好多方面會有變化。

表1：CISPR測試要求根據(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，對某些頻率范圍，CISPR測試要求提倡使用準(zhǔn)峰值(QP)這種檢測器類型，這將掩蓋實(shí)際頻率。通常EMI部門或外部實(shí)驗(yàn)室一開始是使用簡單的峰值檢測器執(zhí)行掃描來發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域的。但當(dāng)所發(fā)現(xiàn)的信號超過或接近規(guī)定極限時(shí)，他們也執(zhí)行準(zhǔn)峰值測量。準(zhǔn)峰值是EMI測量標(biāo)準(zhǔn)定義的一種方法，用來檢測信號包絡(luò)的加權(quán)峰值。它根據(jù)信號的持續(xù)時(shí)間和重復(fù)率對信號進(jìn)行加權(quán)，以便對從廣播角度看解釋為“騷擾”的信號施加更多的權(quán)重。與不頻發(fā)的脈沖相比，發(fā)生頻率更高的信號將導(dǎo)致更高的準(zhǔn)峰值測量結(jié)果。換句話說，問題信號發(fā)生的越頻繁，問題信號的絕對幅度就越可能被準(zhǔn)峰值測量所屏蔽。

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

圖4：峰值檢測和準(zhǔn)峰值檢測的比較。

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

測試室為出EMI報(bào)告而開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)室也許無法復(fù)制這些條件。舉例來說，待測設(shè)備(DUT)可能放在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，以便于從多個(gè)角度收集信號。這種方位角信息是很有用的，因?yàn)樗苤甘締栴}發(fā)生的DUT區(qū)域。或者EMI測試室可能在校準(zhǔn)過的射頻房內(nèi)開展他們的測量，并報(bào)告作為強(qiáng)場的測量結(jié)果。

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

從哪里開始發(fā)現(xiàn)EMI輻射?