排查EMI問(wèn)題的實(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(jiàn)圖1)。為了向用戶(hù)提供一定的保護和安全等級，政府都會(huì )制訂涉及電子產(chǎn)品設計的非常特殊的一些規則和規定。

當然這是好事。但這也意味著(zhù)為了盡量減少他們的EMI特征并通過(guò)官方的EMI認證測試，許多公司必須在產(chǎn)品設計和測試方面花費大量的人力物力。壞消息是，即使采用了好的設計原理、選擇了高質(zhì)量的元件并且仔細地表征了產(chǎn)品，當進(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，會(huì )在設計和原型建立階段做一些預先的一致性測量。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潛在的EMI問(wèn)題。

當然，大多數公司的實(shí)驗室并不具備做絕對EMI測量所需的測試室條件。好消息是，無(wú)需復制測試室條件就確定和解決EMI問(wèn)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。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(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

理解EMI報告

在討論排查技術(shù)之前，介紹一下EMI測試報告是很有必要的。乍一看，EMI報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(lái)很簡(jiǎn)單，就是使用報告中的數據確定設計中的哪個(gè)元件包含問(wèn)題源頻率，并特別加以注意，以便通過(guò)下一輪測試。然而，雖然許多測試條件在報告中是明確表示的，但一些需要考慮的重要事情可能并不那么明顯。在審查設計并試圖判斷問(wèn)題源時(shí)，理解測試室如何生成這種報告是很有幫助的。

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

圖2：這份EMI測試報告顯示大約90MHz處有個(gè)故障。

圖3是對應的列表數據報告，其中詳細列出了測試頻率、測量得到的幅度、校準后的校正因子以及調整后的場(chǎng)強。然后將調整后的場(chǎng)強與下一欄中的指標進(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)規范標準在88.7291MHz處規定的極限，與規范相差-2.3。

圖3：這個(gè)列表數據對應的是圖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(méi)這么快。不要讓所有這些數字讓你相信這是問(wèn)題EMI源的精確頻率。事實(shí)上，測試報告中給出的頻率很有可能不是實(shí)際的源頻率。國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )(CISPR)指出，在執行輻射發(fā)射測試時(shí)，依據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(lèi)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(zhù)頻率范圍在排查問(wèn)題源好多方面會(huì )有變化。

表1：CISPR測試要求根據不同頻率范圍而有所變化，并影響頻率分辨率。

這里需要著(zhù)重指出的是，對某些頻率范圍，CISPR測試要求提倡使用準峰值(QP)這種檢測器類(lèi)型，這將掩蓋實(shí)際頻率。通常EMI部門(mén)或外部實(shí)驗室一開(kāi)始是使用簡(jiǎn)單的峰值檢測器執行掃描來(lái)發(fā)現問(wèn)題區域的。但當所發(fā)現的信號超過(guò)或接近規定極限時(shí)，他們也執行準峰值測量。準峰值是EMI測量標準定義的一種方法，用來(lái)檢測信號包絡(luò )的加權峰值。它根據信號的持續時(shí)間和重復率對信號進(jìn)行加權，以便對從廣播角度看解釋為騷擾的信號施加更多的權重。與不頻發(fā)的脈沖相比，發(fā)生頻率更高的信號將導致更高的準峰值測量結果。換句話(huà)說(shuō)，問(wèn)題信號發(fā)生的越頻繁，問(wèn)題信號的絕對幅度就越可能被準峰值測量所屏蔽。

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

圖4：峰值檢測和準峰值檢測的比較。

需要記住的一個(gè)好規則是，準峰值檢測值總是小于或等于峰值檢測值，永遠不會(huì )大于峰值檢測值。因此你可以使用峰值檢測來(lái)開(kāi)展你的EMI排查和診斷。你不需要達到與EMI部門(mén)或實(shí)驗室掃描同等程度的精度，因為測量都是相對值。如果你的實(shí)驗室報告中的準峰值檢測值表明，設計超過(guò)了3dB，峰值檢測值超過(guò)了 6dB，那么你就知道你需要的修復工作是將信號減小3dB或更多。

測試室為出EMI報告而開(kāi)展的掃描通常是在特殊條件下進(jìn)行的，你的公司實(shí)驗室也許無(wú)法復制這些條件。舉例來(lái)說(shuō)，待測設備(DUT)可能放在一個(gè)轉盤(pán)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，因為它能指示問(wèn)題發(fā)生的DUT區域?；蛘逧MI測試室可能在校準過(guò)的射頻房?jì)乳_(kāi)展他們的測量，并報告作為強場(chǎng)的測量結果。

幸運的是，你并不需要完全復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(xiàn)上執行的絕對測量不同，可以使用測試報告中的信息、深入理解用于產(chǎn)生報告的測量技術(shù)以及對待測設備周邊的相對觀(guān)察以隔離問(wèn)題源并估計糾正有效性來(lái)開(kāi)展問(wèn)題的排查工作。

從哪里開(kāi)始發(fā)現EMI輻射?