EMC预测试技术概述.docx

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1、EMC 推测试技术1 引言电磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指电子、电气设备共处一个环境中能互不干扰、兼容工作的力量。对于一个设备，既要求它不产生过大的干扰使其它设备工作失常，也要求它具有肯定的抗干扰力量， 以保证在其它设备发出的干扰环境下能正常工作。为了获得一个产品(设备、系统)优良的 EMC，其中之一是推测产品可能存在的 EMC 问题。它包括了以下二个方面：电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干扰耦合路径特性、受试设备的电磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility,

2、 EMS)特性的物理模拟推测与数学模拟推测；争论科学可行的 EMC 测试与试验技术，即包括测试方法与测试设备。值此，本文将对EMC 推测试技术特征与型测试设备及其测试应用实例作分析说明。2 EMC 推测试必不行少一个产品 EMC 的评价最终归结为是否符合相应的EMC 标准，实施这种评价称为 EMC 鉴定测试(CompliaHce Measurement)。它是在一个产品投放市场前的最终阶段完成的。其实，依据一个产品研发、生产全过程中所需要的EMC 测试量而言。鉴定测试只占了不到 10%，90%的测试工作量是在此前完成的，包括准电路的板卡、原理样机、初样到正样研制的过程中，通过不断的EMC 测试

3、逐步实现产品良好的电磁兼容性。将这 90%的测试工作总称为EMC 推测试。推测试可以比鉴定测试准确度低些、粗略一些，以便快速找出问题并不使测试设施费用过高。推测试仪表在保证必需的精度的同时，缩短测量时间是一个不行无视的因素。如承受频谱既可以保证与EMI 接收机有相像的精度，又可显著提高测量速度，而且价格缺乏EMI 接收机的一半。因此，推测试常承受频谱代替 EMI 接收机，如图 2b所示。也就是说，推测试系统可以使单位具有全程的 EMC 检测手段，可以全面提高产品的EMC 特性。3 如何建立 EMC 推测试系统所谓推测试系统，实际上也是严格依据国家各种EMC 标准进展的，包括设备、方法等等。但是

4、，推测试系统具有区分于鉴定测试的特点主要如下： 其一是对环境要求较低，EMC 标准对于环境的要求比较严格，一般必需在屏蔽室或暗室中进展，但推测试的主要目的在于初步摸底，只要找到问题所在即可，所以对环境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指标可以低于认证测试；其二是核心测量仪器利用高性能频谱，高性能的频谱完全具备了 EMC 检测的力量，可以取代传统的 EMI 接收机，目前有一个共识， 频谱是建立推测试系统的最正确选择；其三是专用的中文软件；其四是EMC 推测试系统的灵魂是测试软件与测试附件(传感器/天线、LISN、衰减器等)。3.1 EMI 推测试系统的根本组成。EMI 测试系统的总体构造如图

5、1 所示。图 1 EMI 测试系统的总体构造示意图系统主要依据 GJBl51A 的 CEl01、CEi02、REi01 和 REl02 对电子、电 气或机电产品的EMI 性能进展测试，检查受试设备的相关 EMI 性能是否合格。假设不合格必需指出频率点及其对应的幅度值，以备产品设计人员有针对性 地提出解决方法，将问题较早地消退，为产品进入市场前能通过EMI 标准测试奠定坚实的根底。系统所实行的测试方法依据前述GJBl52A 中有关局部所规定的程序进展， 包括标准的检查配置、正式测试配置、校准步骤、测试步骤和测试完毕所应 提交的数据。根本的系统测量指标：频率范围 3Hz-26.5GHz；距离容差5

6、%；频率容差2%；，测量接收机幅度容差2dB；测量系统(包括测量接收机、传感器、电缆等)容差3dB；时间(波形)容差5%。3.2 系统主要分为硬件和软件两局部 硬件局部包括三个分系统：前端子系统(主要包括传感器，如电流探头、环形天线、杆天线、双锥天线、双脊喇叭天线；电源阻抗稳定网络；衰减器等)、接收机子系统(主要包括频谱仪、射频预选器和EMI 区分带宽选件等)和主控计算机子系统(主要包括IBM 兼容机、PC-GPIB 卡、GPIB 线缆)。 接收机子系统功能与指标接收机子系统是承受型的E4440A 型 EMI 测量接收机(安捷伦公司产)。功能与指标如下。E4440APSA 系列频谱与全 N90

7、39A 射频预选器双剑合璧且准确、快速、频率高达 50GHz 的 EMI 测量接收机。这款型接收机能够进展准确和可重复的测量。测量系统可在整个测量带宽上供给最正确的幅度和频率精度。该系统每次扫描 8192 个数据点，可以分析超宽扫宽，同时拥有CISPR 所要求的区分率。另外，全的射频预选器使系统完全符合CISPR 标准。可以从旁路快速切换到预选模式，以进展兼容性测量。EMI 测量系统可供给需要的幅度性能和系统精度，以实现低投入高产出。 EMI 测量系统描述和元件包含带有 EMI 专用软件的频谱E4440A PSA 系列、射频预选器N9039A 与 N5181A 系统调整信号发生器。 进展放射分

8、析所需的全部特性9kHz 至 1GHz 射频预选；ClSPR 带宽(200Hz、9kHz、120kHz 和 1MHz)； 检波器(平均值、准峰值和峰值)；限制线和限制范围；天线、线缆、放大器和其他设备的校正因数；利用外部信号源进展的预选滤波器校准；执行放射保护的内置限制器；极其灵敏的前置放大器；可从 101 个变到 8192 个的数据点。 测量精度和可重复性1GHz 频率内的辐射放射频段灵敏度为 152dBm；确定幅度精度为1.0dB，9kHz 至 1GHz；输入VSWR 为 1.2：1；预选 TOI 为+5dBm；100MHz 扫宽时的扫宽精度：20kHz 典型值。 软件局部从功能上可以将该

9、软件系统划分为五个模块：系统治理模块、系统检测模块、扫描模块、数据处理模块和测试结果输出模块。4 有用型的电磁兼容性(EMC)测试设备4.1 EMSCAN 电磁干扰扫描系统承受阵列探头和电子扫描技术的近场测量系统，能猎取被测物完整电磁 场信息的测量系统，集 EMC 诊断和EMI 测试为一体的电磁兼容综合测量系统。 独特的 EMC 诊断系统由 1218 个探头组成的阵列扫描器，实时看清电磁场，准确定位窄带和宽带电磁干扰源见图 2(a)所示，解决各类 EMI 问题；能实时显示 EMS 测试对被测物内部电路的影响，快速解决EMS 问题；快速准确评估机箱的屏蔽性能，能帮助工程师快速积存正确的解决EMI

10、/EMS 问题的阅历。图 2 (a) 独特的 EMC 诊断系统示意图b为 EMI 预兼容测试系统示意图 主要特征最宽频率范围的近场测试工具：50kHz-4GHz，具有频谱扫描、空间扫描、频谱/空间扫描，天线扫描等功能；具有单次扫描、连续扫描、同步扫描等方式，具有峰值保持功能；高速扫描，利用连续扫描和峰值保持功能，能捕获到一般手段所无法测量到 的瞬态电磁干扰；频谱/空间扫描能一次测量猎取被测物完整电磁场信息， 能快速准确定位电磁干扰源；全方位测量任意体积和重量的被测物，包括 PCB、电缆、机箱、机架等；呈人字形穿插排列的专利电磁场阵列扫描器，能测量 各个方向的电磁场；功能强大的后台分析和处理力量

11、，可以把测量结果和 PCB 的光绘文件叠加在一起显示。 EMI 预兼容测试功能图 2b为 EMI 预兼容测试系统示意图。配套 LISN(线路阻抗稳定网络)/ 电流探头/吸取钳/天线等附件后，EMSCAN 能进展准确、高效的 EMI 预兼容测试，具有背景信号自动识别功能，特别适合企业在一般试验室进展准确的 EMI 预兼容测试。EMSCAN 掌握软件的ASM(天线扫描模块)，用于电磁预兼容测试。能依据CISPR 11/14/15/22/25/GJB152A-CEl02 进展传导放射测试。依据CISPR 11/14/22/25/GJB1 52A-REl02 进展功率或者辐射放射测试。4.2 Lang

12、er 近场探头.这是电磁兼容工程师必备的根本工具，多达 19 个各种外形的探头，可以完成几乎全部的电磁场测试任务：具有多种区分率的探头，实现从粗略定位到精细定位；低本钱高性能；频率范围掩盖 100kHz-3GHz；适用于检查机箱泄漏、PCB 内部电磁场分布、电缆上的电磁场分布等；使用简洁，携带便利。近场探头的用途：主要应用于查找干扰源，判定干扰产生的缘由；可以检测器件或者是外表的磁场方向及强度；可以检测磁场耦合的通道，从而调整连接器或者元器件的位置；可以检测PCB 四周的磁场环境。为了降低干扰，查找到真正的干扰源或者是其传播的途径是格外有必要的。通过近场测量可以很便利的实现定位的功能，甚至可以

13、准确到IC 引脚以及具体的走线。图 3a所示为环形探头，区分率从 1mm 到 25mm，适合检测机箱泄漏、电流方向等，检测电缆及元器件连接处等产生的磁场。图 3b所示为检测 IC 引脚的磁场分布，检测IC 下面或宽导体的圆形磁场。图 3a环形探头 ；b为检测IC 引脚的磁场分布示意4.3 虚拟暗室 EMC 测量系统(无需暗室/屏蔽室)假设想在一般环境下测量被测设备(EUT)的电磁辐射，就必需设法“消退”背景噪声的影响。当今己开发出多种虚拟暗室EMC 测量系统，值此以CASSPER 虚拟暗室系统为例作概念说明。当今的虚拟暗室系统，是最的EMI 测试系统。它具有独一无二的频率同步及相位锁定功能，是

14、一个双通道、多端口EMI 接收机，符合 CISPR-16 标准要求。其虚拟暗室系统接收机使用两套时间与频率都同步的通道同时去接收 一个简单系统中的信号，用来进展电磁放射的测量和电磁干扰源的定位。虚拟暗室系统把先进的数字信号处理技术(DSP)引入到了EMI 测量中，能通过算法准确滤除背景噪声，得到被测设备(EUT)实际的准确的电磁辐射状况。CASSPER 不仅能滤除一般的背景噪声，还能准确提取与背景噪声一样频率的EUT 信号。即使背景噪声的幅度或者频率被调制了，其背景噪声滤除性能也不会下降。虚拟暗室系统也能滤除来自多个地方的背景噪声。能在市内区域准确测量电子设备的电磁放射。 系统组成系统由双通道

15、 EMI 接收机、高性能计算机、双通道高速DSP 卡(内置于计算机)、天线、近场探头以及测量软件等组成，见图 4(a)所示。从图 4(a)可见该系统的接收机有A/B 两个通道，每个通道都在接收机的前面板上设有 2 至 4 个端口，不同频段的天线可以接到不同的端口上，系统可以对不同频段的天线进展自动切换。接收机把收到的信号经过中频处理后， 由 AD 变换器转换为数字信号，再由计算机内部的高速双通道DSP 卡对两个通道的数据依据有专利技术的算法进展数据处理，最终由计算机进展分析、存储、显示、打印等处理。图 4(a) 虚拟暗室EMC 测量系统；(b) “时间/频率/相位”同步识别技术应用示意图 一般

16、环境下的电磁预兼容测试在被测设备(EUT)的前方肯定距离(d)处放置一天线并连接到通道A，负责接收来自 EUT 以及背景共同作用的信号。另外一个天线则放置在离EUT 较远的地方，其距离至少是d 的十倍，并连接到通道B，负责测量来自整个背景的噪声状况。同步的双通道 EMI 接收机，可以保证背景信号能同时被接收机的两个通道分别收到。从而可以将收到的共同具有的背景噪声记录下来并滤除掉，这就创立了一个虚拟的第三个测量通道，这种测量方法可以很真实地反映被测设备的电磁辐射状况。系统在“消退”背景噪声方面承受了“时间/频率/相位”同步识别技术，通过相位识别，把背景噪声用傅立叶计算方法剔除掉，并能提取被调制的

17、 EUT 的信号，也能提取与背景噪声频率全都的 EUT 信号，见图 4(b)所示。这种测试方法允许背景噪声是不稳定的，假设背景噪声在测试场地是“均匀”的，则测试结果能与标准EMC 场地的测试结果保持根本全都。而在实际测试中，“背景噪声均匀”的环境是很简洁找到的。 定位辐射源的测试一样频率的两个信号，未必来自同一信号源。在定位辐射源的测试中， 通道 A 接到一个放在EUT 四周的远场天线或者电流卡钳，探测EUT 产生的电磁干扰，通道B 连接一个近场探头。移动通道B 的探头，通过两个信号的相关性来确定辐射源的位置。这就意味着即使不同的几个放射器发出同样频率和幅度的信号，系统也可以加以区分，从而准确

18、定位干扰源。该系统由于能通过“时间/频率/相位”来识别两个天线接收到信号的 相关性，所以在EMI 定位方面，它能找到真正使远场测试不合格的干扰源位置。找干扰源的时候，一个显示窗口上同时显示远场数据(天线收到的信号) 和近场数据(探头收到的信号)，能在产生一样频率的多个位置中找出与远场信号相关联的位置，可以节约大量的时间，能应用于从板级设计始终到系统级设计。5 EMC 诊断实施举例5.1 借助一些诊断工具进一步定位EMC 问题在通过 EMC 推测量觉察设备(或分系统)的EMC 问题后，可以借助一些诊断工具进一步定位EMC 问题。这有助于测试(设计)工程师有针对性的提出EMC 对策，顺当解决已经觉

19、察的 EMC 问题。以下介绍当前使用比较普遍的 84105EM 诊断系统。其系统功能为用于外表电流、插槽、电缆和集成电路的磁场辐射测量。其系统组成是由三EMC 、近场探头和前置预放三局部组成。系统特点： 对环境没有特别要求(不需要屏蔽室或暗室)，可测频段宽，测量精度高，只配置了磁场探头，操作简洁、价格较低。5.2 简述电磁故障诊断 84105EM 故障诊断系统诊断内容与测量配置。 诊断目的针对已经检测出的EMI 不合格频率点，承受近场检测的方法进一步定位干扰发生点；针对已经检测出的EMS 不合格频率点，进一步定位敏感度薄弱部位。 诊断工具承受安捷伦 84105EM 电磁兼容诊断系统，该系统由

20、EMC E7401A(含选件跟踪发生器前置放大器 11909A)和近场探头套(含 11941A 和 11940A 近场探头)组成，参见图 5(a)。图 5 (a) 电磁故障诊断系统测量配置示意图；(b)为诊断屏蔽壳体上不应有的孔隙部位测量示意近场探头套所包含的探头 11941A 的测量频段为 9kHz-30MHz，11940A 的测量频段为 30MHz1MHz，它们都承受双环设计。探头的两个环天线在平衡/ 不平衡变换器(简称“巴仑”)合并变为不平衡输出(同轴线承受双环可使它 们的电场感应电压重量反相，相互抵消，只保存磁场感应电压重量)。理论 分析明在近场探测状况下，电场探头(如单极或偶极振子)

21、不行避开或容性耦合四周的杂散信号，难实现可重复的测量，而环天线的磁场探头有很好的测量可重复性，并可抑制感应的电场，所以本系统承受这种双环构造的磁场探头。为了进展敏感度测量，可承受E7402A 配置的选件跟踪发生器(1DS)，内置在 EHC 中。由于跟踪发生器与测量接收机做成一体，两者的频率保持同步，这比承受单独的扫捅要便利得多，尤其在滤波器传输特性的测量中可大大缩短测量时间。每个近场探头均用网络校准，每个探头在其频段的 5 个频率点测校正系数(dB(uA/m)/uV)，将接收机读数(dB uv)加上此校正系数就得出所测的磁磁场强度(dB(uA/m)。两个近场探头的校正系数已存储在EMC 的ROM 中。 诊断内容查找 PCB 板的“热点”(即电磁辐射过强的部位)，记录其频率及幅值； 查找 PCB 的“敏感度空洞”(即电磁敏感度薄弱部位)，记录其频率及幅值； 查找屏蔽壳体上不应有的孔隙部位。图 5(b)为诊断屏蔽壳体上不应有的孔隙部位的测量配置示意图。