由肯尼斯·怀亚特
怀亚特技术服务有限责任公司
我们这些内部或独立EMC顾问可以从组装自己的EMI故障排除工具。我依靠自己的装备数年,不仅被证明是有价值的,但描述的专业性在处理自己的产品开发工程师,他们的经理,或者你的客户,视情况而定。我是围绕鹈鹕1514辊的情况(http://www.pelican.com),包括一个衬垫分频器,所以很容易运输所需的区域。你还想订购可选盖组织者,型号1519,因为携带额外的工具,电缆,和其他小部件。参见图1。
本文将总结一下我包含在自己的装备,因为每个人的需求可能有点不同,你想要使用这些信息作为参考。随时根据需要添加或减去工具和测试设备。你应该期望花费大约5 k - 3 k美元为完整的工具包,取决于你赚很多DIY探针或购买商业,但这个价格区间包括频谱分析仪。
我会列出最重要的几项评估辐射排放在第1部分中。你可以下载本文的第2部分,其中将包括评估各种免疫测试所需额外的项目,以及其他许多有用的工具和设备。这本书是基于一些这方面的信息,EMI故障排除产品设计师的食谱[1]帕特里克·安德烈和肯尼斯•怀亚特,由亨利·奥特前言。
图1 -故障排除工具的主要组件。频谱分析仪是Thurlby Thandar模型PSA6005和曲调从10 MHz到6 GHz。一切符合鹈鹕1514辊内部交通情况。描述的内容是本文的第1部分和第2部分。
频谱分析仪
您可能想知道关于频谱分析仪,我们从第一个开始。频谱分析仪是一件必不可少的EMI的齿轮故障诊断,但历来最昂贵的物品在任何人的工具包。许多小型或中型公司可能没有预算购买实验室质量分析器,可以开始的底价$ 10 k,甚至更多。而你会发现老网站上使用频谱分析仪,如eBay或二手设备经销商,数家制造商正在低成本质量工具非常适合故障诊断,说工作。我列出一些仪器可供选择——在类别,好,更好,最好。
好——我遇到一个非常低的成本频谱分析仪解决方案;三头政治技术(http://triarchytech.com)USB-controlled频谱分析仪,它是大小的大u盘(图2),三头政治让几个模型掩盖12 GHz,但他们的模型TSA6G1涵盖了大多数的商业1 MHz 6.15 GHz的频率范围,可以测量信号从-110 + 30 dBm和成本只有629美元通过eBay商店或通过他们的北美经销商,Saelig电子(http://www.saelig.com)。单位有Windows电脑软件故障排除和工作很好。我不一定会说测试使用它,但它仍然应该提供一个足够好的指示是否你在球场的“通过”或者“失败”。
图2 -这里有一个例子的一个低成本USB驱动的频谱分析仪。这是由三头政治技术和足够敏感一般EMI故障排除。模型TSA6G1曲调从1 MHz到6.15 GHz。
更好的你可能要考虑一个更好的质量分析器。我一直使用Thurlby星期五(创科实业)PSA2702T (1 MHz到2.7 GHz手持1695美元)几年来(图3),最近升级到PSA6005模型。创科实业是一家英国公司(http://www.aimtti.com在英国和http://www.aimtti.us在美国),以他们的测试和测量设备。纽瓦克(http://www.newark.com)和Saelig电子(http://www.saelig.com)是北美经销商。许多其他独立顾问也使用这一个。这是真正的手持和很容易适合推荐的交通情况。创科实业还销售类似的手持模型PSA6005曲调从10 MHz 6 GHz,成本约2700美元。
这些分析器提供了最常见的设置分辨率带宽、频率设置,保存/召回仪器设置,不同的探测器,平均,马克斯。控件在屏幕底部的制定都是分层的方式从上到下。还包括两个游标,可以同时读出频率和振幅。也有USB连接供免费电脑软件控制。电池寿命是非常好的在4到6个小时。我可以插入一个近场探头直接射频输入和使用整个单位快速评估的大型系统EMI问题。
图3——Thurlby Thandar PSA2702T是一个负担得起的便携式频谱分析仪覆盖1 MHz 2.7 GHz。成本是1695美元从Saelig或纽瓦克电子(照片,由Thurlby Thandar仪器)。
最好的——有几个质量台式分析仪的负担得起的选择。包括我最喜欢的两普源精电DSA815(图4)和Siglent SSA3000X-series(图5)。普源精电电子、测试和测量在中国公司(http://www.rigolna.com),提供1295美元模式DSA815TG(9千赫至1.5 GHz)频谱分析仪和可选的跟踪发生器(200美元)。额外的EMI选项(599美元)会给你三个EMI分辨率带宽(200赫兹,120 kHz和1 MHz)和准峰值检波器。前面板布局和容易使用。屏幕截图可以用于文档和软件可用来控制从你的Windows电脑分析仪。单位包括所有贵课成绩的一般特性分析仪,但是对所有人来说都是足够准确的你说和故障诊断的需要。除了通常的控制,您可以显示3个和6个标记痕迹。跟踪发生器可以评估过滤器、天线和共鸣。
图4 -普源精电DSA815是一个负担得起的频谱分析仪覆盖9千赫至1.5 GHz。基本费用是1295美元。普源精电也有模型系列,掩盖7.5 GHz。(照片由普源精电电子)。
另一个最近从Siglent提供技术(http://www.siglent.com),总部设在中国,是他们SSA3000X-series低成本的频谱分析仪。它使用相同的紧凑的形式因素普源精电,但有点宽,以适应更广泛的视频显示。基本单位的曲调从9千赫到2.1 GHz,与另一个模型3.2 GHz。有一个类似的EMI和跟踪发生器的选择。控制布局类似于普源精电和容易使用。两种模型的报价规范改善幅度精度和频率分辨率。免费的Windows电脑软件也将有助于定义限制线并执行自动化说测试和文档。
图5 -新的Siglent SSA3000X-series频谱分析仪曲调从9千赫至2.1 GHz或3.2 GHz,根据模型。
最后,还有第三种选择考虑非常负担得起的,考虑到它有类似规格实验室质量分析器。罗德与施瓦茨(https://www.rohde-schwarz.com/us/home_48230.html)最近宣布了他们英尺小时“骑手”便携式分析仪的基础价格起价5280美元(图6)。我也建议你购买内置的前置放大器的选择为440美元。我有机会回顾这个惊喜。单位有很多一样的功能价格更高的分析程序,而是一个紧凑的电池驱动的便携式。它将超过预算总额价格总故障排除工具,虽然!
仪器控制都制定了清晰、我真的不需要开始使用它的用户指南。单位从5千赫至2 GHz的曲调,与3或4 GHz选项。虽然没有跟踪发生器的选择,单位有很多提供准确性和有用的特性。电池寿命达到8小时及单位是防潮容易阅读显示,即使在充满阳光。适合现场使用!
图6 -罗德与施瓦茨英尺小时“骑手”便携式频谱分析仪的曲调从5 kHz到2 GHz或一个可选的上限3或4 GHz的预算允许。规范非常类似于多高价位的实验室质量分析器和基本价格是5280美元。
这些分析为你应该做得很好,但我的偏好(如果轻装前行)仍然是创科实业PSA2702T因为它是快速使用,很好地符合运输的情况下,避免携带一个齿轮。普源精电或Siglent分析仪的优点是,它们比创科实业PSA2702T更准确,包括前置放大器、跟踪发生器,EMI带宽和准峰值检波器。然而,对于基础价格,他们分别局限于1.5或2.2 GHz。跟踪发电机是一个有价值的故障排除工具确定共振和滤波器的响应。当然,普源精电和Siglent模型走高的频率(分别为7.5和3.2 GHz)额外的成本。罗德与施瓦茨分析仪有更好的规范和电池驱动,但没有添加一个跟踪发生器。
实时频谱分析仪
如果你的产品包括无线或高速串行数据流,您可能希望考虑其中一个负担得起的实时频谱分析仪。一个实时频谱分析仪有能力捕捉短暂的间歇和是完美的捕捉调制的无线信号或数字信号,以及一般的EMI故障排除。低成本的例子可能包括美国泰克(http://www.tek.com)RSA306(图7)或信号猎犬(http://signalhound.com)BB60C(图8)。包括功能丰富的个人电脑软件。要么模型应该能很好地符合运输的情况下,都是相对较小的。
这两个分析的更详细的审查,以及其他几个质量模型,一定要下载新的2016实时频谱分析仪迷你指南[2]从干扰技术。
图7 -美国泰克RSA306 USB-controlled实时频谱分析仪包括9千赫至6.2 GHz,实时带宽40 MHz。基本成本是3489美元,有几个数字调制显示选项。
图8 -信号猎犬BB60C USB-controlled实时频谱分析仪包括9千赫至6 GHz,实时带宽27 MHz。成本是2879美元。
分析程序可以检测和实时捕捉非常短的间歇脉冲信号。例如,在2.4 GHz的ISM波段,你会看到整个扩频无线信号,以及蓝牙跳频信号非常清楚。你甚至可以观察同一频道上的多个无线接入点。这与正常扫描频谱分析仪是不可能的。他们通常还包括“瀑布式”显示的频率和振幅与时间——一个非常强大的故障诊断工具,断断续续的EMI问题。
故障排除与频谱分析仪
通常情况下,我们将使用之电场和磁场探测器,钳形电流探针,或电压探针与频谱分析仪。这些都是以后更充分地描述。
对故障诊断的目的,也可以使用标准的示波器探头频谱分析仪。确保任何探测范围或电探测器电容耦合信号的线(或使用一个电容隔离适配器或直流块分析仪输入),这样大的直流电压不会引入输入分析器的敏感。这是一个很好的方式损害前端电路。不要把信仰的绝对测量,为10:1探头连接到50欧姆频谱分析仪输入不可能非常精确。然而,你仍然可以测量相对改进故障诊断过程的进展。普源精电电子应用注意如何使用一个示波器探头频谱分析仪[3]
近场探头
近场探头,或“嗅探器”探测器,小型电动或磁场传感器设备被用来确定排放源所产生的电路或组件(图9)。电探针实质上是一个存根天线的同轴电缆。左斜探头可以由割掉大约4英寸的外层屏蔽,暴露了指挥中心。隔离,所以它不会短。磁场探测通常是一个小的循环连接中心导体同轴电缆由外层的盾牌。存根或循环的大小决定了探测器的灵敏度,但也可以限制其上频率范围和其定位源的能力。这些近场探头很容易让自己从常规或半刚性的同轴电缆。
图9 -几电和磁场探测器由短的半刚性或柔性同轴电缆。
近场探头可以是非常有用的或非常误导。更大的探测,更敏感,可以接环境数据的广播电台和电视。有一种方法可以确定一个个人环境信号探测器的灵敏度是衡量88 - 108 MHz的频率范围调频广播无线电频段。如果你喜爱的电台节目的示波器和频谱分析仪,你需要小心忽略环境信号。要做到这一点,移动探头离单位和权力的单位,如果可能的话。如果信号不走开,你应该忽略特定频率作为环境。
磁场探测夫妇最好当面向线在同一个平面上,电缆或电路跟踪,因为这允许最磁场通量线穿透循环(图10)。更大的回路探测器将最敏感,但不像较小的高空间分辨率循环探测。最小的探针可以跟踪射频噪声电流一个跟踪或集成电路销。
图10 -磁场探头的正确定位最大耦合。
大多数磁场回路探测器电屏蔽,但屏蔽之间的电容和被测电路增加了寄生电容,会导致高频共振(大约700到1000兆赫,这取决于探针设计)。通过构造一个无防御的循环可以避免这种共振,然后你也牺牲拒绝左。
因为大多数电路痕迹是低阻抗,因此目前的结构,相对较高H-fields往往支配着数码产品。我们倾向于使用磁场探测定位“热”信号来源电缆或电路痕迹(图11)。通过仔细全面调查在电路板和内部电缆,可以位于高排放的地区。另一方面,左斜探头检测漏底盘接缝或最有用的是怎样的差距,可能有高水平的电的地方。
图11 -使用一个磁场探测器定位电路板的热点。对于高分辨率的测量,应该使用较小的探测。
你需要小心当映射出射频能量的“热点”。仅仅因为你测量领域高水平的某一部分电路板或电缆,并不意味着能源将耦合和辐射。这一切都取决于是否有耦合路径从射频能量源“状”结构,如一个I / O或电力电缆。一般来说,近场探测有利于识别潜在的排放源,但我依靠附近的天线解决实际排放的产品。
如果你喜欢低成本商业调查,我可以推荐一组从蜂窝电子(http://beehive-electronics.com)或Tekbox数码解决方案(http://www.tekbox.net)。蜂巢探针集是300美元,你还会想要包括1米长SMB SMA电缆以50美元(图12)。Tekbox卖一套四探针电缆和探针集宽带前置放大器以200美元为330美元。Saelig电子(http://www.saelig.comTekbox)是北美经销商。蜂巢探测器可能命令直接从蜂窝电子产品。
图12 -一个典型的近场探头设置。在这幅图中,有三个磁场回路探测器和一个电探针。(礼貌,蜂窝电子)。
目前的调查
夹紧一个电流探针在电线或电缆将测量共模射频电线或电缆中的电流。他们通常使用一个环形宽带铁氧体或类似材料的核心。频率范围和灵敏度的探测器将取决于材料的类型和钢丝缠绕的圈数作为传感器的核心。emission-only探头,一个电阻网络常被用来控制阻抗和压平响应。这种反应被称为回调,转移阻抗或传感器的因素。类似电流探头可用于电缆和注入射频能量被称为大部分电流注入(BCI)调查。他们是用于射频免疫力进行测试。
当前探测器作为故障诊断工具非常有用。测量电流在特定电缆可以表明哪些电缆可能辐射排放的主要原因。减少射频电流的电缆通常可以减少辐射排放测试设备。重要的是,通过了解谐波共模电流的电缆在一定频率可以计算预期的电辐射排放限制排放水平和比较。换句话说,你可以预测特定电缆通过/失败只需测量射频电流通过电缆。请参考以下文章细节。
可以自己做电流探针从铁氧体环形线圈或桌堵塞(图13)。我早些时候发表了一篇文章,高频电流探针:理论和应用在制作和使用目前的探测器干扰技术在2012 EMC目录和设计指南[4]并请您留意,更详细的资源。
图13 -一个简单的例子你可以测量谐波电流探测器射频电流的电缆。
当前商业调查的优点是,他们很容易在电线或电缆夹评估校准精确读取射频电流。而费舍尔F-33-1探测模型(http://fischercc.com)作为一个例子(见图14),还有很多其他好的制造商目前的探测器,如皮尔森,罗德与施瓦茨Teseq,太阳能,ETS-Lindgren。
图14 -一组匹配的呼叫停止费舍尔定制通信模型F-33-1电流探针。虽然不是必须购买一套匹配是非常有用的对于高级故障排除I / O电缆排放。他们能感觉到射频几微安的电流。
天线
EMI天线可以是非常昂贵的,所以我建议小,低成本的天线,如兔子耳朵电视天线还可以在电视和电子零件的一些商店(图15)。UHF电视“领结”天线也从300年到800 MHz。他们将执行很好用于故障诊断的目的。
记住,EMC故障排除更多的依赖相对变化,而非绝对的变化。例如,如果你知道你的产品是没有通过4 dB,减少谐波的问题10 dB在自己的设施,与附近的天线来衡量,应该提供一个通过的合理的保证。
图15- - - - - -简单的兔子耳朵电视天线可用于接辐射排放产品测试下。它将从85调整到220 MHz取决于元素是多长时间延长。环氧树脂的BNC连接器住房和每个终端连接到可伸缩的元素。
也可用低成本(30美元)以下印刷电路板宽带对数周期天线从肯特电子(www.wa5vjb.com如图16所示。)这些都是设计几个频段,开始在400 MHz和整个乐队有6分贝增益。他们适合一般故障排除,我目前使用的。持平,他们很容易进入到交通情况。
图16- - - - - -这些印刷电路板对数周期天线是低成本和共振在几个乐队从400兆赫到11 GHz。他们可以从http://www.wa5vjb.com。
我挂载使用小型桌面图片三脚架和DIY夹具由聚氯乙烯管(图17)。我利用螺纹90度耦合以适应三脚架,用手锯削减另一端的狭缝。印刷电路板就按到投币孔里去。我离开了水平段心烦意乱的,所以我可以水平或垂直极化的天线旋转。
图17 -印刷电路板的对数周期天线安装到桌面相机三脚架。通过设置这个附近的产品测试,排放可能观察到在故障排除。
更多的成本,我也喜欢小积极宽带天线Aaronia AG(图18)。他们的模型BicoLOG 30100 x覆盖30至1000 MHz和包括一个电池驱动的宽带前置放大器。成本是1299美元,可以命令直接从德国Aaronia AG) (http://www.aaronia.com/products/antennas/bicolog - 30100 x/)或其北美经销商,Kaltman创作(http://kaltmancreationsllc.com)或Saelig电子(http://www.saelig.com)。Aaronia也有小型天线优化从700兆赫到6 GHz。
图18 -一个小宽带有源天线从Aaronia台式故障诊断非常有用的辐射排放。
天线是否谐振频率谐波的担忧并不是那么重要。只要你可以观察RF谐波在1米的距离,或者更多,故障诊断过程可以开始。图19显示了评估和故障排除我的典型设置辐射排放。通过监测频谱分析仪作为你尝试各种补丁,你马上可以看到是否已经取得了进展。最好的部分是,你可以做这个测试实验室。
图19——典型的设置用来解决辐射排放。位置的天线和频谱分析仪约1米的距离被测试的产品,这样你就可以实时观察进展。
铁氧体磁芯和窒息
射频电流在电缆(和相关的辐射排放)通常——而不是总是——会减少夹紧扼流在I / O或电力电缆的射频噪声的来源。添加一些不同大小这些阻碍你的工具包将有助于故障排除(图20)。有时最好使用一个大(2.4英寸)螺旋管铁氧体磁芯的31日或类似的材料通过用于与多个转动频率低于30 MHz。这是一种常见的治疗干预(或)消费设备。最常见的珠子和卡箍式陶铁磁体通常更有效的在兆赫频率在100年代,除非铁氧体材料是专门为低频率。
图20 -各种卡箍式铁氧体窒息的例子。
杂项
对外壳接缝密封胶铜带也很有用暂时在故障排除。卷的胶带可能购买的电子产品分销商在30美元,或者更多,每卷。我还发现“蜗牛带”(10美元)用于园艺可能取代。这可能是在花园发现商店或在亚马逊。注意不要降低自己锋利的边缘。
铝箔也方便故障排除工具包装在一个干扰产品评估额外的屏蔽是否会有所帮助。注意,铝箔没有有效的电力线路的频率。
最后,选择电容,电阻,电感,并有效应用过滤模堵塞I / O,麦克风,电线电缆。
有关更多信息,请检查我的网站http://www.emc-seminars.com,我的博客在EMChttp://www.design-4-emc.com或干扰技术//www.dionika-online.com。
肯尼斯·怀亚特是一个电磁兼容干扰技术顾问和高级技术编辑。他可能会达成的(电子邮件保护)咨询或(电子邮件保护)编辑的问题。
[1]EMI故障排除产品设计师的食谱可以从亚马逊和手写笔在美国出版在欧洲,从专业。去http://www.emc-seminars.com或http://www.andreconsulting.com为特定的链接。
[2]下载2016实时频谱分析仪迷你指南在这里,从干扰技术:http://itemmedia.wufoo.com/forms/p17royzx0hl32fe/。
[3]如何使用频谱分析仪探头:http://www.rigolna.com/products/spectrum-analyzers/dsa800/dsa815/
[4]高频电流探针:理论和应用://www.dionika-online.com/the-hf-current-probe-theory-and-application/。
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