EMI故障診斷:近場探頭的選擇與應用

　　近場電磁干擾 (EMI) 測試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發射預兼容測試中的一個重要組成。EMI 機構使用 EMI 接收機和經過準確校準的天線來測試 3 或 10 米距離上的器件，這稱為遠場測量。電磁場的特性主要由被測器件(DUT)以及它與接收機和天線的距離決定。遠場輻射發射測量可以準確地告訴我們被測器件是否符合相應的 EMC/EMI 標準。

　　但是，遠場測試也有一些局限性。它無法告訴工程師，嚴重的輻射問題到底是來自于 USB、LAN 之類的通信接口，還是來自殼體的縫隙，或來自連接的電纜乃至電源線。在這種情況下，我們只能使用頻譜分析儀和近場探頭，通過近場測試來定位這些發射源。近場測試是一種相對量測試，這意味著它需要把被測器件的測試結果與基準器件的測試結果進行比較，以預測被測器件通過一致性測試的可能性。需要注意的是，比較近場測試結果與EMI標準測試極限是沒有意義的，因為測試讀數受許多因素的影響，包括探頭位置和被測器件的形狀等。

　　本應用指南將介紹各種近場探頭的特點，并解釋了它們在定位、評測可能的發射源以及對其進行故障診斷方面的特殊優勢。

　　近場探頭簡介

　　電磁場是由電場 (E 場) 和磁場 (H 場) 結合形成的。工程師可使用各種探頭來檢測每類場中的發射。

　　磁場探頭

　　磁場發射源通常來自芯片組引腳、印刷電路板導線、電源線或信號線，或沒有良好接地的金屬蓋。磁場探頭的感應元件是一個與發射導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和移動探頭，以確定探頭在功率讀數達到最大值時的位置，同時避免遺漏重要的發射源。

　　電場探頭

　　電場主要來源于未使用負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質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。

　　選擇探頭類型

　　在遠場測試中，被測器件和天線之間的距離決定了場強的大小。當探頭靠近發射源時，電流、電壓、形狀和材料等特性將成為決定場強的主要因素。如果輻射是來自高電壓、弱電流的電路或元器件，那么電場在 EMI 近場中將起到主要作用。如果部分被測器件中電流很強而電壓較低，那么磁場將起到主要作用。在近場測試中，當探頭逐漸遠離被測器件時，磁場衰落的速度比電場更快。因此，磁場探頭更多地用于在近場測試中定位發射目標。

　　選擇磁場探頭

　　選擇近場測試探頭往往要考慮幾個重要因素，包括探頭靈敏度、分辨率和頻率響應等。

　　靈敏度

　　與頻譜分析儀不同，近場探頭的靈敏度不是一個絕對值。因此，工程師需要將頻譜分析儀和探頭視為一個整體系統來測試其靈敏度。整個系統應能夠輕松地探測到很小的發射，并有足夠的裕量來觀測硬件變動前后發射的變化。

　　分辨率

　　探頭的分辨率對于定位發射源至關重要。通常來說，探頭的靈敏度和分辨率是一對矛盾體。例如，尺寸越大的磁場探頭，靈敏度往往越高，探測發射的區域越大，但其分辨率會越低，從而難以準確地分辨發射源。因此，最好是先使用尺寸較大、靈敏度較高的探頭來執行 EMI 測試，捕獲和確定發射源的大致區域，然后使用尺寸較小但分辨率較高的探頭來確定發射源的準確位置。為此，推薦您配備多種探頭。

　　頻率響應

　　頻率響應是一個經常會被忽略的重要因素。頻率響應是給定探頭在測量相同幅度、不同頻率的信號時得到的幅度差。當使用天線測試磁場時，更重要的是精確測量場強，而不是測量頻率響應。

　　在進行近場測試的過程中，探頭的角度以及探頭與被測器件之間的距離都會改變，因此使測量場強的絕對值失去了意義。數據結果的比較非常重要，它可以幫助工程師找到產生最大發射的頻率點。例如，如果頻率響應在一個特定頻率上出現很大衰減，那么在該頻率上的高發射可能遠遠低于信號分析儀上的發射，因而被忽視。

　　其它特性

　　探頭的形狀和多樣性也是選擇探頭時需要考慮的重要因素。除了上面介紹的常規的電場和磁場探頭之外，工程師可能還需要一些專用探頭，用來實施先進的 EMI 故障診斷。專用探頭通常用于尋找并屏蔽可能的發射源。例如：工程師可能需要借助專用的探頭，才能發現耦合到電纜或電線，并輻射到被測器件其他部分的發射。如果干擾信號通過電纜發射，那么使用常規的磁場和電場探頭是很難探測到這些干擾信號的。

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