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使用近場探頭進(jìn)行EMI干擾排查

發(fā)布日期:2023-07-31 14:32:18         瀏覽數(shù):   

  EMC作為產(chǎn)品的一個特性,譯為電磁兼容性;如果作為一門學(xué)科,則譯為電磁兼容。它包括兩個概念:EMI和EMS。

  EMI電磁干擾,指自身干擾其它電器產(chǎn)品的電磁干擾量。EMS電磁敏感性,也有稱為電磁抗擾度,是指能忍受其它電器產(chǎn)品的電磁干擾的程度。

  在開發(fā)電子產(chǎn)品的過程中,電磁干擾EMI(Electro Magnetic Interference)是工程師們不得不考慮的問題。電磁干擾(EMI)可能會導(dǎo)致許多問題,尤其是在產(chǎn)品開發(fā)階段或產(chǎn)品驗(yàn)收階段。如果電路設(shè)計(jì)受到電磁干擾的影響,可能會出現(xiàn)亂碼顯示,數(shù)據(jù)接觸不良或者是其他線路故障。為了最大限度地減少電磁干擾的影響,各個國家的政府機(jī)構(gòu)都制定并實(shí)施了針對各個產(chǎn)品類型的EM輸出的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn),一般我們稱為電磁兼容性(EMC)測試。所有電子相關(guān)的產(chǎn)品在上市前必須強(qiáng)制性通過電磁兼容性測試。

  許多EMC兼容測試失敗的原因主要來源于電路中的射頻能量泄漏和電路板設(shè)計(jì)本身的相互影響。引起這種干擾的電場和磁場肉眼是不可見的,并且當(dāng)我們想要深究其原因以期能最小化EMI影響時,往往會發(fā)現(xiàn),問題是非常復(fù)雜的。

  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?

  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(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)室的EMC合規(guī)測試。

  1.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(jī)箱,機(jī)架或者是產(chǎn)品的外殼。電磁輻射實(shí)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。

使用近場探頭進(jìn)行EMI干擾排查(圖1)

  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

使用近場探頭進(jìn)行EMI干擾排查(圖2)

  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。

  2.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(jī):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。

  磁場探頭:磁場發(fā)射源通常來自芯片組引腳、印刷電路板導(dǎo)線、電源線或信號線,或沒有良好接地的金屬蓋。磁場探頭的感應(yīng)元件是一個與發(fā)射導(dǎo)線或電線電感耦合的簡易線圈。磁場探頭在它的回路與載流電線對齊時,提供頻譜分析儀的最大輸出電壓。在診斷EMI的故障時,工程師需要在被測器件的表面旋轉(zhuǎn)和移動探頭,以確定探頭在功率讀數(shù)達(dá)到最大值時的位置,同時避免遺漏重要的發(fā)射源。

  電場探頭:電場主要來源于未使用負(fù)載端接的電纜和電線,以及通向高阻抗邏輯電路的印刷電路板導(dǎo)線(可能是邏輯集成電路的高阻抗輸入或三相輸出)。最簡單的電場探頭實(shí)質(zhì)上就是一個小型天線。電場探頭能夠很方便地探測空中信號,例如蜂窩下行鏈路信號。這些大功率空中信號可能需要增加衰減,以防頻譜分析儀過載。不過,增加衰減將會影響頻譜分析儀的靈敏度。

  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。

  3.連接方式

使用近場探頭進(jìn)行EMI干擾排查(圖3)

  4.結(jié)論

  近場電磁干擾(EMI)測試是電磁兼容性(EMC)輻射發(fā)射預(yù)兼容測試中的一個重要工具。用戶可考慮各種近場探頭在定位和測試可能的發(fā)射源以及診斷其故障等方面的不同優(yōu)勢,選擇適合的近場探頭執(zhí)行這一測試。


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