如何在研發(fā)工作場(chǎng)所快速進(jìn)行電磁干擾輻射測(cè)試
摘要：本文重點(diǎn)介紹一款實(shí)驗(yàn)桌上的電磁干擾測(cè)試（EMI）和調(diào)試系統(tǒng)。
眾所周知，傳統(tǒng)的EMI測(cè)試，采用電磁兼容測(cè)試天線接收被測(cè)物（EUT）產(chǎn)生的輻射。這種測(cè)試方法，必須要有一個(gè)比較開闊的場(chǎng)地和一些比較昂貴的設(shè)備，而且需要把被測(cè)物和測(cè)試儀器組裝成為系統(tǒng)后再進(jìn)行測(cè)試。由于工作環(huán)境下存在大量的無(wú)線電臺(tái)和射頻通信信號(hào)，例如：無(wú)線廣播、WiFi、手機(jī)信號(hào)燈，這些信號(hào)對(duì)EMI測(cè)試而言，就是“背景噪聲”，要進(jìn)行精確的EMI測(cè)試，就必須在暗室進(jìn)行；如果在普通工作環(huán)境下測(cè)試，就需要采取先進(jìn)的背景噪聲濾除功能。
現(xiàn)在，對(duì)研發(fā)工程師而言，以上問(wèn)題已迎刃而解，海洋儀器推出的OIESA1電磁干擾開發(fā)系統(tǒng)，是一套實(shí)驗(yàn)桌上的電磁干擾測(cè)試和調(diào)試系統(tǒng)，它能通過(guò)測(cè)量模塊上的高頻電流來(lái)評(píng)估測(cè)量被測(cè)物的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，適合于在產(chǎn)品開發(fā)階段對(duì)PCB板產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行測(cè)試、修改，進(jìn)而來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)修改的有效性，同時(shí)采用配套的近場(chǎng)探頭，定位干擾源的位置，發(fā)現(xiàn)電路板上的EMI問(wèn)題，從而能提高工作效率，加快產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，并降低開發(fā)成本。
系統(tǒng)工作原理
大部分情況下，電磁干擾不是一個(gè)元件或者一條信號(hào)線引起的，而是EUT的整個(gè)金屬系統(tǒng)通過(guò)磁場(chǎng)或者電場(chǎng)方式的耦合而形成。這個(gè)金屬系統(tǒng)，包括PCB板及其相連的所有線纜和機(jī)箱等。金屬系統(tǒng)作為一個(gè)整體，成為電磁干擾的干擾源，并起到發(fā)射電磁干擾的天線的作用。OIESA1系統(tǒng)測(cè)試產(chǎn)生電磁干擾的源頭，即金屬體上的電磁干擾電流，例如從PCB到線纜的電流。
OIESA1系統(tǒng)測(cè)量工作在一個(gè)導(dǎo)電的基板上進(jìn)行，這樣可以減少測(cè)量裝置、線纜位置以及環(huán)境電磁干擾的影響。把干擾電流通過(guò)容性耦合裝置耦合到基板上，然后測(cè)量這個(gè)由容性裝置和基板構(gòu)成的電流回路上的電流 ierr（見下圖），這樣的測(cè)量方法，具有較好的可重復(fù)性，從而能正確評(píng)估設(shè)計(jì)修改的有效性。典型的EMI問(wèn)題，一般是以下兩個(gè)原因造成的：
1、線纜上的共模干擾
一般是PCB板上有一個(gè)或者幾個(gè)IC芯片的電源濾波考慮不周全，導(dǎo)致電源上的△I噪聲通過(guò)電源或者地網(wǎng)絡(luò)，被引入到連接器和線纜，這種電磁干擾在線纜上就成為共模干擾。還有一種可能是差模電流環(huán)流經(jīng)接插件，這樣，差模EMI就會(huì)成為共模EMI。對(duì)于EMI測(cè)試，共模干擾的影響比差模干擾要大100到1000倍。也就是說(shuō)，10mA差模電流引起的干擾，可能與0.01mA共模電流引起的干擾會(huì)一樣。
利用OIESA1很方便地測(cè)量出寄生在電源或者地網(wǎng)絡(luò)上的電磁干擾的電流，同時(shí)還能分別測(cè)量出共模電流和差模電流。
2、大面積差模電流環(huán)
過(guò)長(zhǎng)的信號(hào)線和不合適的電流回路，會(huì)產(chǎn)生大面積的差模電流。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與電流環(huán)面積成正比。OIESA1系統(tǒng)在測(cè)量電流環(huán)面積方面，須借助配套各類近場(chǎng)探頭進(jìn)行細(xì)致測(cè)量。OIESA1系統(tǒng)能方便地測(cè)量出電流環(huán)上的干擾電流強(qiáng)度，并正確判斷出干擾電流是共模還是差模。這樣，對(duì)EMI問(wèn)題排除，有很重要的指導(dǎo)意義。
系統(tǒng)組成部分
ESA1電磁干擾開發(fā)系統(tǒng)主要由五部分組成：含CS-ESA芯片掃描軟件、HFW21射頻電流變流器、HFA21 射頻分流器、Z23-1 移動(dòng)屏蔽篷、PA203 前置放大器（20dB增益）、8款3G射頻磁場(chǎng)探頭、3款3G射頻電場(chǎng)探頭
1、GP23基板：是測(cè)量裝置的參考平面，包含有對(duì)被測(cè)物直流輸入電源的濾波器、以及前置放大器的輸入和輸出接頭。鍍鎳表面，保護(hù)能穩(wěn)定和可靠地連接到HWF21射頻電流轉(zhuǎn)換器或HFA21射頻電流旁路器。精心設(shè)計(jì)的帶濾波器的基板GP23，允許非常方便地連接前置放大器以及被測(cè)設(shè)備的電源等。
2、Z23-1屏蔽篷：用于把測(cè)量裝置和外界電磁場(chǎng)進(jìn)行隔離。如果問(wèn)題出在VHF頻率范圍內(nèi)，或者需要進(jìn)行精確的EMI測(cè)試時(shí)，必須用屏蔽篷把外界的電磁干擾屏蔽掉。屏蔽篷前面很容易打開，方便工程師進(jìn)行測(cè)量和進(jìn)行電路修改。尺寸：900×500×400mm
3、HFW21高頻電流轉(zhuǎn)換器和HFA21高頻電流旁路器
HFW21高頻電流轉(zhuǎn)換器是一個(gè)迷你型直流線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN），能測(cè)量電源線上的高頻電流，且能分別測(cè)量共模電流和差模電流。把HFW21串接到EUT被測(cè)單元的電源電路中，高頻電流通過(guò)容性耦合，轉(zhuǎn)移到HFW21電流變送器的金屬底板上，金屬底板和GP23基板靠在一起，因而HFW21能把寄生在電源線上的高頻電流轉(zhuǎn)移到基板上，EUT產(chǎn)生的高頻電流流過(guò)轉(zhuǎn)換器時(shí)，HFW21內(nèi)部電路能測(cè)量到電流強(qiáng)度，并通過(guò)50歐姆“HF OUT”輸出到前置放大器輸入端。利用HFW21，能測(cè)量出PCB上各類電壓電源（如5V、3.3V、2.5V、12V、-5V等）和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（如數(shù)字地、模擬地）上的干擾電流強(qiáng)度。
HFA21高頻電流旁路器可以把信號(hào)線或電路模塊上的高頻電流引導(dǎo)到基板上，從而實(shí)現(xiàn)電磁干擾的精確測(cè)量。HFA21分流器由電容組成，能把待測(cè)電流轉(zhuǎn)移到基板上，HFA21上有100nF、10nF、1nF、100pF、10pF等旁路電容，分別旁路不同頻率的電流。利用旁路器，能測(cè)量PCB或者電纜內(nèi)信號(hào)線上的干擾電流強(qiáng)度。
HFA21高頻電流旁路器是對(duì)HFW21變送器的一種補(bǔ)充，能提供從被測(cè)物到基板的另外一種容性連接，主要用于模擬正常工作方式下的數(shù)據(jù)線、及其與周圍的容性耦合關(guān)系。
4、PA203前置放大器：
用于提高近場(chǎng)測(cè)量的靈敏度。前置放大器用于對(duì)高頻電流轉(zhuǎn)換器和近場(chǎng)探頭測(cè)試的信號(hào)進(jìn)行放大，其輸入和輸出均為50歐姆，能連接到任意型號(hào)50歐姆頻譜分析儀或示波器上。測(cè)量時(shí)，把前置放大器放在屏蔽篷里面，GP23基板為前置放大器的輸出和電源提供了濾波。前置放大器的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)雙屏蔽的BNC線纜連接到頻譜分析儀。
5、RF3G近場(chǎng)探頭組：利用近場(chǎng)探頭，可以探測(cè)PCB上以及電纜上的電磁干擾分布情況，準(zhǔn)確定位干擾源位置，分析干擾源的發(fā)分布區(qū)域。
6、CS-ESA芯片掃描軟件：用于遙控頻譜分析儀，存儲(chǔ)并記錄測(cè)量曲線。這些曲線可以任意相互計(jì)算，或者與校正曲線、頻率相關(guān)的函數(shù)曲線或常數(shù)進(jìn)行換算而形成新的曲線。通過(guò)直接輸入或者通過(guò)導(dǎo)入csv文件，可以創(chuàng)建和顯示任何數(shù)量的極限曲線。ChipScan-ESA的軟件功能，能夠在開發(fā)過(guò)程中對(duì)使用頻譜分析儀的測(cè)量提供有益的支持和方便。開發(fā)人員還能夠快速系統(tǒng)地比較不同的曲線。
版權(quán)聲明：本資料屬于北京海洋興業(yè)科技股份有限公司所有，如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處！
