本文是本系列文章的最后一篇,组装自己的EMI故障排除工具包-第1部分,其中包括一个完整的EMI故障排除套件的主要组件的清单,可以方便地运输到任何需要的地方。第1部分中列出的大多数探针和工具都可用于排除辐射发射故障。在第2部分中,我们将讨论套件中其他一些有用的附加功能,包括用于评估最常见免疫问题(如辐射免疫和ESD)的低成本工具。作为奖励,我们还将介绍如何使用示波器进行EMI故障排除。
有用的补充到您的工具包
有时来自近场探测器的信号水平需要提高,特别是来自直径较小的h场探测器。为此,我推荐宽带前置放大器,如那些可从迷你电路(图1)、Beehive Electronics、Tekbox或Aaronia AG。还有许多来自大型测试和测量公司的其他制造商。
Beehive Electronics也有一个不错的前置放大器,可以通过外部9V电池插入电源输入插座供电(图2).这使得该设备便携,少了一根电线需要处理。该单元从100 kHz到6 GHz有30 dB增益,涵盖了所有感兴趣的商业频率范围。费用是525美元网站.
金属编织针可以通过接触电路板或连接器的引脚来用作天线。由于是金属的,它们将起到延伸天线的作用。如果电路连接器引脚是射频源,当与金属编织针接触时,这可能会增加。为了安全起见,请确保针柄端绝缘,并注意避免短路。
塑料针织针、钩针或探针可以在不接触设备的情况下操作电线或按压机箱,这可能会改变设备的有效辐射(图3).
有用的辐射免疫项目
我看到的一个比较常见的产品故障是辐射免疫。也就是说,被测产品容易受到外界射频发射机的影响。有许多低成本的解决方案可以帮助检查您的产品对外部射频能量的敏感性。
其中最简单的一种是小型手持家庭无线电服务(FRS)免许可证对讲机(图4).这些器件在465 MHz频段产生约1/2瓦的功率,通常可用于快速检查射频敏感性。最棒的是,它们的售价约为30美元一双。只需简单地按下传输按钮,并将其放在您的产品附近,看看它是否会引起任何不安或仪器锁定。我只用一台这种无线电就解决了很多辐射免疫问题。
为了更优雅和可控的测试,我找到了pc控制的RF合成器;Windfreak Technologies的SynthNV型是理想的(图5).它将产生高达+19 dBm (90 mW)到50欧姆。该单元以用户自定义的低至1 kHz的步骤从34 MHz调至4.4 GHz。它还可以用AM或脉冲调制调制射频,这是有用的商业或军事免疫测试根据各自的标准。价格是599美元网站.
要使用SynthNV进行快速抗扰度测试,只需将较大尺寸的h场探头连接到输出端,并在电路板和任何互连或I/O电缆上扫描探头。调整频率为每50 MHz左右,每次扫描所需的频带。有关更多详细信息,请参阅文章,廉价的辐射免疫预测试[1]。
另一个非常有效的宽带射频发射源是“抖振中继”。这实际上在某些MIL-STD-461和DO-160标准中有所规定。抖振继电器仅仅是一个线路或直流操作继电器,常闭触点通过线圈连接。当通电时,继电器线圈打开触点,然后关闭线圈,让触点再次关闭。当触点不断地打开和关闭时,会持续发出响亮的嗡嗡声。线圈的电感在触点上产生600到800伏的重复电弧。这会产生高达1ghz的宽带射频噪声频谱。根据标准,抖振继电器的电缆与产品的电源电缆紧密耦合,是一项相当严格的抗扰度测试。我发现,只要把继电器放在你的产品电路附近,就能很快发现任何问题。
静电放电(esd)测试
我发现另一个经常遇到的EMC问题是由于易受ESD的影响。随着电源电压降低(5V至3.3V至1.8V至1.2V,或更低)的趋势,数字电路的噪声边际整体降低。有许多低成本的工具,我们可以用来评估我们的产品的ESD抗静电性。
通常情况下,高达8或15千伏的ESD电流脉冲应用于设备操作人员可能接触到的任何外部金属。这将包括前面板控制,显示器,连接器接地壳,金属外壳等。大多数ESD标准下的例外情况将排除直接对I/O引脚或内部电路进行测试。我必须提醒您,这种测试具有潜在的破坏性,因此我通常尝试先测试不太敏感的点,并使用较低的测试电压。
当然,最好的方法是使用商业ESD模拟器。我喜欢KeyTek MiniZap(图6).虽然新手机的售价约为2万美元,但在二手市场上,这些手机的售价可能低于3000美元。然而,为了符合我们$5,000的最大预算,这里有一些替代方案,将有助于描述您的产品的ESD抗静电性。
有各种压电火花源,如烧烤打火机,将产生几千伏的电力。我喜欢的一种是科尔曼牌丁烷打火机,因为你不需要打开气阀就能点燃火花(图7).通过用德雷梅尔工具小心地去除外层金属保护罩的一部分,你将暴露出弧产生的中心尖端。将接地回线连接到金属防护罩将完成电路。只需将测试产品放在金属桌面上(或在桌面上铺上一些铝箔作为导电平面)。你需要一种方法让静电荷从金属平面流出,你可以连接一个1兆欧的电阻从金属平面到地球。然后,将接地线连接到金属平面上,将打火机尖端保持在1/4英寸以内,开始触发电弧。这种打火机将产生4至6千伏的放电。
ESD易感性的问题是它通常很少发生。因此,您还需要一种检测ESD放电的方法,以帮助指示事件发生的时间。一个便宜的AM广播接收器(图8)将制作一个简单的防静电探测器。把收音机调小点,这样你就能听到背景音了。您将能够听到静电中的“咔哒”声。如果你擅长电子项目,你也可以在我的个人网站上自制ESD探测器和计数器。它是基于一种流行的闪电探测电路。建筑条款可在“技术文章beplay官方免费下载”。基本电路包括探测器和脉冲拉伸电路。通过增加额外的开关晶体管,可以增加各种指示灯。我的会闪烁灯,蜂鸣器,还有一个数字事件计数器。
一个更好的商业工具应该包括“ESD Pro”ESD检测器(图9),生产和销售静态控制系统.它非常敏感,可以检测到数百英尺外的静电。
一个非常有用的工具是来自Advance Devices的SmartTweezer RLC仪表(图10).这个小镊子可以帮助您识别表面安装(或引线)电阻,电容器或电感器。计算速度快,因为它测量实部和虚部,也可以读出分量的ESR或ESL。其准确度可与实验室级分析仪相媲美,并可轻松安装在您的工具包中。
示波器
我想讨论最后一件推荐的设备——示波器。虽然一个好的示波器不适合你的传输盒,但它们确实被证明是方便的故障排除EMI问题,但在时域,而不是在频域。例如,示波器可以测量瞬态事件,而大多数扫描频谱分析仪仅限于连续的周期波形。示波器是一种非常有用的故障排除工具,可用于检查数字波形的振铃和测量上升时间。许多数字模型具有足够宽的带宽来捕捉ESD和其他脉冲信号,使您能够通过电路跟踪信号。
对于通用故障排除,建议的最低型号是500 MHz至1 GHz带宽,至少4GSa/s或更高。例如Keysight Technologies的MSO-X 3000系列(图11).罗德和施瓦茨、Rigol Electronics、Siglent、Tektronix和Teledyne-LeCroy都有许多等效的模型。
在测量高频时钟信号时,请确保示波器和探头的带宽超过所做的测量。尽量减少探针信号返回引线的长度。使用典型的4到6英寸探头地线,由于测量回路区域产生的高自感,只会加重振铃。我建议使用顶级示波器制造商销售的小型焊接探头插座(图12).另一种方法是将探针直接焊接到电路中,或使用1/4英寸(或更短)的探针接地或信号返回连接。另一种替代方法是使用高频有源探头,如Keysight Technologies型号N2976A 2 GHz探头或罗德施瓦茨1.5 GHz型号RT-ZS20探头,或等效产品。
现在大多数示波器都有一个快速傅里叶变换(FFT)数学函数,可以将时域信号转换为频域信号。虽然这可能有助于故障排除,但问题之一是缺乏动态范围和输入灵敏度。大多数低成本示波器只能捕获8位数据,因此非常小的信号可能被埋在噪声底层,可能很难观察到。
一些较昂贵的型号,如罗德和施瓦茨的RTO或rte系列有14位采集,对1 mV/除敏感。这些模型是解决频域和时域EMC问题的理想选择。其他制造商也提供更高的模数分辨率、更好的灵敏度和更低的噪声,因此更有用。
如你所见,大的217兆赫的振铃在例子中图13在电源输入和输出电路上通过电流探头测量(标记1和2 in图14).
也可以在示波器上使用近场探头(H场或e场)。事实上,使用一个信道作为参考,您可以用另一个信道探测,以确定已知噪音源与其他信号之间的相关性(图15).
各种各样的内容
以下是一些你可能会觉得很方便的“小事情”(排名不分先后)。
- 小型数字万用表
- 小型驱动套件(包括各种各样的钻头)
- 各种手工工具
- 动力螺丝刀,比如Ryobi Model HP53L(30美元)
- SMA接头扳手
- 铅笔烙铁(Weller WM120, 40美元)
- 焊料和焊芯
- 牙科检查镜(长柄细柄小镜,用于检查密闭部位)
- 小手电筒
- 小放大镜
- 防静电腕带
- 卷尺(英制/米制)
- 镊子
- X-Actoknife
- 埃默里布(用于打磨油漆)
- 电线(各种尺寸和长度)
- 10和20dB衰减器(微型电路VAT-10W2,VAT-20W2和HAT-10+, HAT-20+,分别为12美元和9美元,SMA和/或BNC尺寸)
- 各种同轴适配器
- 铝箔纸(1-2平方英尺的折叠片)
- 铜带(或“蜗牛带”,在五金/园艺商店可以买到,价格不到10美元)
- 绝缘卡普顿®胶带
- EMI垫圈(向制造商索取样品套件)
- 铁氧体扼流圈(芯片和铅珠,夹式扼流圈,索取样品包)
- 电容器(各种值,片状和引线,值范围:100pf, 1/10/100 nF, 1/ 10uf)
- 电阻(各种值,芯片和铅值范围:1/10/27/47/100/470/1k/10k/100k欧姆)
- 电感器(各种值,芯片和铅值范围:1/10/100/1000 uH)
- 共模扼流圈(芯片和带铅的,请索取样品套件)
- 带短插头的外部过滤器(用于线线和产品之间作为额外的外部过滤器)
- 小型(5×5”裸)覆铜PC板(用于屏蔽-放在塑料三明治袋中绝缘)
- 夹线(1米长)
- 各种1m长的I/O电缆(USB, RS-232,视频VGA等)
- 各种BNC和SMA同轴电缆
- 塑料袋里放几枚硬币用来防静电
- EMI垫圈(请制造商提供样品套件
- 各种BNC和SMA同轴电缆
结论
以上就是我的EMC故障排除工具包的描述。正如你可能已经观察到的,并不是所有推荐的设备将适合在鹈鹕过境案件。但是,如果您确实需要轻装出行,大多数重要的故障排除组件都可以使用,以及推荐的TTi PSA2702T频谱分析仪或泰克RSA306或Signal Hound BB60C实时分析仪。
参考文献
[1]廉价的辐射免疫预测试://www.dionika-online.com/inexpensive-radiat-ed-immunity-pre-compliance-testing/