使用近場探頭如何進(jìn)行EMI干擾排查

發(fā)布：西安普科科技

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　　電磁干擾EMI在開發(fā)電子產(chǎn)品的過程中(ElectroMagneticInterference)這是工程師必須考慮的問題。

　　電磁干擾(EMI)可能會導(dǎo)致很多問題，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)或產(chǎn)品驗收階段。

　　如果電路設(shè)計受到電磁干擾的影響，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)接觸不良或其他線路故障的亂碼顯示。

　　為了最大限度地減少電磁干擾的影響，各國政府機構(gòu)對各種產(chǎn)品類型的EM輸出制定并實施了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，一般稱為電磁兼容性(EMC)測試。

　　在上市之前，所有與電子相關(guān)的產(chǎn)品都必須通過電磁兼容性測試。

　　很多EMC兼容性測試失敗的原因主要來自于電路中射頻能量泄漏和電路板設(shè)計本身的相互影響。

　　造成這種干擾的電場和磁場肉眼是看不見的，當(dāng)我們想深入研究原因，以最大限度地減少EMI的影響時，往往會發(fā)現(xiàn)問題非常復(fù)雜。

　　是什么導(dǎo)致了這個問題?

　　造成輻射干擾的信號或能量來源在哪里?

　　我該如何解決?

　　好在，我們可以通過一些簡單的工具和技術(shù)來幫助識別EMI干擾源。一旦確定了干擾源，我們就可以開始著手解決問題。那么怎么去找出干擾源呢?我們需要用到一種技術(shù)，這種技術(shù)不是嚴(yán)格意義上的標(biāo)準(zhǔn)EMC兼容測試，而是一種預(yù)測試，它可以幫助我們快速找到干擾源可能存在的地方，并且不需要昂貴的專業(yè)設(shè)備和實驗室裝置。

　　在本篇應(yīng)用指南中，我們將介紹一些常用的預(yù)兼容測試相關(guān)的技術(shù)，例如使用近場探頭來查找可能的EMI泄漏源。此項技術(shù)可以快速地識別問題，有效地節(jié)約時間和經(jīng)濟(jì)成本。

　　需要注意的是，預(yù)一致性測試旨在于幫助識別和解決可能會阻礙EMC認(rèn)證的問題，并不能完全替代認(rèn)證實驗室的EMC合規(guī)測試。

　　2、電磁輻射基礎(chǔ)知識

　　電磁輻射最常見的產(chǎn)生方式是導(dǎo)體中電流的突變或者電壓的驟升，輻射的路徑通過PCB走線，器件的引腳，連接器或者是其它的金屬介質(zhì)，包括機箱，機架或者是產(chǎn)品的外殼。電磁輻射實際上是指電場和磁場的相互作用，相互影響。它常常被這樣描述：正交時變的電場和磁場的傳播，如下圖1 所示。

　　圖1 圖左上角是電磁波的傳播，注意，電場和磁場是互相正交的

　　圖2 由電流產(chǎn)生的磁場

　　和磁場不一樣，電場由移動或者靜止的電荷產(chǎn)生。因此，當(dāng)在散熱片或金屬外殼等諸如此類導(dǎo)電體的表面上產(chǎn)生電磁輻射時，電場產(chǎn)生的輻射會居于主導(dǎo)地位。電場產(chǎn)生的影響也傾向于遠(yuǎn)離源(遠(yuǎn)場)。某些環(huán)境因素如無線電臺，wifi或者是人為的射頻干擾信號，都使得遠(yuǎn)場測量更容易出現(xiàn)錯誤。遠(yuǎn)場測量，比如說某個兼容測試中的信號發(fā)射部分的測量，要求測量者擁有比進(jìn)行近場測量更復(fù)雜的設(shè)備和更豐富的知識。

　　通過測量由導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁場的幅值和頻率，我們可以找出最可能導(dǎo)致EMI干擾問題的區(qū)域。

　　3、設(shè)備清單

　　以下是一些用于近場故障排除的基礎(chǔ)設(shè)備清單：

　　頻譜儀/EMI接收機：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。

　　近場探頭：分為磁場近場探頭和電場近場探頭。

　　50歐姆同軸線纜：使用與近場探頭和頻譜分析儀RF輸入口相匹配的線纜。如果需要的話，探頭，同軸線纜，連接器可以同時配套購買。

　　探頭：因為人類的肉眼無法直接看到電磁波，所以我們需要借助一些工具輔助測量。回想一下我們剛剛提到的，導(dǎo)體中的移動電荷產(chǎn)生輻射到整個空間的電磁場。

　　我們可以通過測量電磁場功率值來衡量電路中的感應(yīng)電壓，從而間接地測量出源電場的強度。在EMI故障排除的過程中，最常用到的探頭是近場探頭。

　　流過探針的“環(huán)路”區(qū)域的磁場會產(chǎn)生可測量的電壓(圖3)。環(huán)形區(qū)域越大，磁通量就越大，因此更適合尋找一些小信號。但是小的環(huán)形區(qū)域提供更好的空間分辨率(從而可以更精確地找到問題點)。許多測試工具中的探頭都有多種環(huán)尺寸(見圖4)，從而幫助用戶更好地實現(xiàn)靈敏度和空間分辨率之間的平衡。

　　電場探頭通常不會有一個環(huán)形的區(qū)域。用他們獲得電場信息的方法更像是單極天線。與磁場探頭一樣，電場探針旋轉(zhuǎn)與否不影響測量結(jié)果，但與信號源的距離是非常重要的影響因素。

　　以下是探頭的使用指南：

　　關(guān)閉被測設(shè)備，觀察頻譜儀的測量值，測出本底輻射。注意，任何可能由環(huán)境或者本底輻射引起的的射頻干擾都要關(guān)注。如果在屏蔽良好的實驗室中，這個問題可能不是很大，但在普通的實驗室中，一定要提前測得環(huán)境中存在的本底干擾。

　　探頭的擺放，通信端口終端，以及機器外殼的接縫、通風(fēng)口等，這些都是在測試中容易出現(xiàn)問題的地方。

　　電場或磁場的探頭離信號源近一點會測得更高幅值。

　　磁場探頭放置的方向垂直于磁場會比平行于磁場測得更高的數(shù)據(jù)。

　　因為在重復(fù)的實驗中探頭的位置是比較重要的，因此把一個不導(dǎo)電的夾具(如木頭，塑料)固定在被測設(shè)備上，那么探頭就可以使用了。記住，探頭的位置和放置方向是十分重要的，一點點的位置偏差或者一點點的角度偏差都會在對被測設(shè)備進(jìn)行實驗時引起很大的誤差。