近場(chǎng)探頭及其在EMC故障排除中的應(yīng)用介紹

了解近場(chǎng)探頭的工作原理及其在解決EMI問(wèn)題中的應(yīng)用。

在投放市場(chǎng)之前，電子產(chǎn)品必須符合電磁兼容性（EMC）的法律標(biāo)準(zhǔn)。EMC是指系統(tǒng)在不干擾其他設(shè)備或不受外部干擾的情況下正常運(yùn)行的能力。由于對(duì)每個(gè)潛在用例進(jìn)行測(cè)試是不切實(shí)際的，EMC標(biāo)準(zhǔn)包括一套評(píng)估產(chǎn)品性能的規(guī)則和條件。

EMC測(cè)試分為兩大類：

排放測(cè)試：確保電力線、通信線和系統(tǒng)本身排放的能量保持在可接受的范圍內(nèi)。設(shè)備經(jīng)常無(wú)法通過(guò)排放測(cè)試，因?yàn)樗哪承┎糠謺?huì)產(chǎn)生過(guò)多的輻射能量。

抗擾度測(cè)試：驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備（EUT）即使在受到外部干擾時(shí)也能保持功能。最常見(jiàn)的故障原因是EUT的一個(gè)或多個(gè)組件對(duì)施加的電場(chǎng)或磁場(chǎng)過(guò)于敏感。

從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段就解決EMC合規(guī)性問(wèn)題非常重要，同時(shí)還有時(shí)間解決出現(xiàn)的任何問(wèn)題。一旦系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和構(gòu)建，就很難進(jìn)行必要的修改。

不幸的是，當(dāng)在正式的EMC測(cè)試活動(dòng)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，很難甚至不可能知道問(wèn)題的確切位置。例如，假設(shè)我們正在EMC室中測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)EMC問(wèn)題都有三個(gè)部分：

來(lái)源：產(chǎn)生過(guò)量排放的部件或結(jié)構(gòu)。

受害者：受排放物影響的部件。

耦合路徑：從源頭到受害者的路徑。

EMC室測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)中的發(fā)射，因此這里的受害者將是測(cè)量天線，路徑將是室內(nèi)的自由空氣。然而，我們?nèi)匀徊恢琅欧诺膩?lái)源。

或者，假設(shè)計(jì)算機(jī)的屏幕在輻射抗擾度測(cè)試期間開(kāi)始閃爍。問(wèn)題的影響在屏幕上是可見(jiàn)的，但問(wèn)題的根源可能是屏蔽有缺陷的屏幕電纜、主處理器對(duì)測(cè)試頻率的敏感性，或者完全是其他原因。

識(shí)別電磁干擾（EMI）的原因通常需要特殊的工具。事實(shí)上，只要一個(gè)工具是近場(chǎng)探頭，就有可能消除數(shù)小時(shí)的故障排除。在EMC測(cè)試期間，我們可以使用近場(chǎng)探頭來(lái)識(shí)別源和受害者。正如我們將在本文稍后討論的那樣，它們也可用于驗(yàn)證EMI屏蔽的有效性。

什么是近場(chǎng)探測(cè)器？

近場(chǎng)探頭（圖1）是用于測(cè)量其源附近電磁場(chǎng)的診斷工具。它們對(duì)電場(chǎng)（E）或磁場(chǎng)（H）都很敏感。相比之下，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量無(wú)法將E場(chǎng)與H場(chǎng)分開(kāi)，因此很難確定干擾來(lái)自哪里。

近場(chǎng)探頭套件。

圖1 近場(chǎng)探頭套件。圖片由Tekbox提供

近場(chǎng)探測(cè)器的物理工作原理基于麥克斯韋方程組。當(dāng)置于時(shí)變電場(chǎng)中時(shí)，電場(chǎng)探頭會(huì)產(chǎn)生可測(cè)量的電壓。類似地，H場(chǎng)探頭在存在時(shí)變磁場(chǎng)的情況下產(chǎn)生可測(cè)量的電流。

近場(chǎng)探頭，無(wú)論是E場(chǎng)還是H場(chǎng)，通常與頻譜分析儀一起使用，以觀察頻率分布。然而，如果你想觀察時(shí)間變化，也可以使用帶示波器的近場(chǎng)探頭。

為什么在EMC測(cè)試中使用近場(chǎng)探頭？

正如我們上面提到的，近場(chǎng)探頭可以幫助我們?cè)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/EMC故障排除">EMC故障排除期間執(zhí)行以下操作：

識(shí)別排放源。

查找敏感組件。

驗(yàn)證屏蔽的有效性。

識(shí)別排放源

讓我們回到我們的第一個(gè)例子，我們?cè)贓MC室中測(cè)試了一個(gè)系統(tǒng)，遇到了過(guò)量排放。為了排除故障，我們需要知道哪個(gè)組件或結(jié)構(gòu)是問(wèn)題的根源。近場(chǎng)探測(cè)器如何幫助我們找到它？

在近場(chǎng)中，我們將有一個(gè)主導(dǎo)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)。因此，我們需要E場(chǎng)和H場(chǎng)探測(cè)器來(lái)找到排放源。為了測(cè)量發(fā)射水平，我們將探頭放置在電路附近。知道高水平發(fā)射的頻率，我們可以測(cè)量EUT周?chē)拇艌?chǎng)或電場(chǎng)。

查找敏感組件

在抗擾度測(cè)試中，我們施加強(qiáng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，觀察系統(tǒng)是否按預(yù)期工作。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)測(cè)試失敗時(shí)，這是因?yàn)橐粋€(gè)組件或一組組件對(duì)施加的場(chǎng)及其頻率很敏感。假設(shè)我們知道可能干擾EUT的頻帶，我們可以將信號(hào)發(fā)生器連接到探頭，并產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制EMC實(shí)驗(yàn)室觀察到的行為的場(chǎng)。

驗(yàn)證屏蔽效果

EMI屏蔽用于吸收或反射電磁能。圖2顯示了EMC膠帶的一個(gè)示例，這是一種EMI屏蔽形式。

用于屏蔽電子設(shè)備的EMC膠帶。

圖2 用于屏蔽電子設(shè)備的EMC膠帶。圖片由Holland Shielding提供

在設(shè)計(jì)屏蔽時(shí)，有兩個(gè)主要參數(shù)需要考慮：

頻率范圍。

衰減。

為了測(cè)量屏蔽的有效性，我們將一個(gè)近場(chǎng)探頭連接到信號(hào)發(fā)生器，將第二個(gè)近場(chǎng)探針連接到頻譜分析儀。Kenneth Wyatt的文章“用兩個(gè)近場(chǎng)探頭測(cè)量屏蔽效率”詳細(xì)描述了這一過(guò)程。為避免錯(cuò)誤測(cè)量，請(qǐng)務(wù)必考慮探頭的頻率限制。

近場(chǎng)探頭的有效使用

現(xiàn)在我們已經(jīng)清楚地了解了為什么近場(chǎng)探頭在EMC故障排除中很有用，讓我們簡(jiǎn)要回顧一下如何充分利用探頭的一些技巧。最常見(jiàn)的設(shè)置是通過(guò)同軸電纜將探頭連接到頻譜分析儀。為了減少直接耦合到電纜中的高頻噪聲，您可能需要在同軸電纜中添加鐵氧體。

探頭尺寸將決定其靈敏度。大型探測(cè)器可以捕獲高水平，但空間分辨率低。從大探頭開(kāi)始，然后在確定產(chǎn)生排放的區(qū)域后使用較小的探頭。系統(tǒng)化并遵循迭代方法。

擁有可訪問(wèn)的工具來(lái)解決EMC問(wèn)題對(duì)于控制風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。近場(chǎng)探頭是一種易于使用的工具，從第一個(gè)原型到整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)證，都可以在經(jīng)過(guò)認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室中使用。正如我們現(xiàn)在所看到的，它們可以用來(lái)定位有問(wèn)題的組件或測(cè)量屏蔽結(jié)構(gòu)的有效性。通過(guò)這樣做，近場(chǎng)探頭可以幫助硬件設(shè)計(jì)人員和EMC測(cè)試人員以實(shí)惠的價(jià)格縮短上市時(shí)間。