简介
本文描述了我如何对经常遇到的前四个EMI问题执行预遵从性测试;传导发射、辐射发射、辐射免疫和静电放电。其中,后三个是最普遍的问题,辐射排放通常是认证测试期间最大的合规挑战。如果您的产品或系统(EUT)具有足够的电源和I/O端口滤波,则进行发射和其他与电源线路相关的抗扰度测试通常不是问题。
您可以考虑组装自己的EMI故障排除工具包。为了方便您,我列出了一份用于故障排除EMI的推荐设备列表。下载链接列在参考1.
周围的发射器
在测试屏蔽房间外进行或辐射发射时,您将立即遇到的一个问题是来自FM和电视广播发射机、移动电话和双向无线电等源的环境信号的数量。当使用外部天线时,这尤其是个问题。我通常会使用“Max Hold”模式在分析仪上运行基线图,以构建复合环境图。然后,我将为实际测量激活额外的跟踪。例如,我经常在屏幕上至少有两个情节或痕迹;环境基线和实际的合规前测量。
幸运的是,有三种方法可以解决这个问题:
- 在大多数情况下,你会观察到一个谐波关系的产品发射范围。通常情况下,这些谐波是由同一个源产生的,如果一个或多个谐波被环境信号掩盖,那么处理其他更明显的谐波通常也会使整个批次的谐波下降。
- 在某些情况下,会有一个临界谐波被环境发射机掩盖。一个很好的例子是隐藏在99.9 MHz的大型FM广播电台下面的100 MHz谐波。在这种情况下,我将尝试将分辨率带宽从100或120 kHz降低到1 kHz或更少。这通常“过滤掉”调频站的调制,让你观察隐藏的谐波。这也假定谐波是一个未调制的连续波(CW)信号。只是要确保降低RBW不会同时降低谐波振幅。如果你的谐波是调制的,这可能不起作用,你可能不得不转移到一个更安静的测量地点。
- 将您的预合规测试远离城市发射机(现在说起来容易做起来难)。
使用频谱分析仪时要注意的另一个问题是,附近的强发射机可能会影响被测信号的振幅精度,并产生看似谐波的混合产物,但实际上是发射机频率和分析仪中混频器电路的组合。您可能需要在所需的谐波频率上使用外部带通滤波器,以减少外部发射机的影响。FM广播波段“停止带”滤波器就是一个例子。
在高射频环境中,具有调谐预选功能的EMI接收机虽然更昂贵,但比普通频谱分析仪更有用。供应商,如Keysight Technologies或罗德与施瓦茨公司,生产EMI接收机。对处理环境信号的所有这些技术进行了更全面的描述参考2.
进行排放
这通常不是一个问题,给予足够的电力线滤波,然而,许多低成本的电源缺乏良好的滤波。一些“没有名字”的品牌根本没有过滤!进行的发射测试易于运行,只需要一个线路阻抗稳定网络,或LISN(基本上是从电源线到50欧姆的阻抗匹配)。图1显示一个典型的LISN。
我更喜欢将垂直单位从默认的dBm设置为dBμV,这样显示的数字是正的。然后沿着垂直轴调整参考电平。这也是在EMI标准的测试极限中使用的相同单位。我还喜欢将水平刻度从线性设置为对数(如果可能的话),这样频率就更容易读出。
设置您的频谱分析仪如下:
- 频率150 kHz至30 MHz
- 根据标准,分辨率带宽= 9 kHz,或者10 kHz就足够了
- 前置放大器=关闭
- 垂直单位设置为dBμV
- 调整参考电平,以显示最高谐波,垂直刻度以10 dB的增量读数
- 最初使用平均检测,然后在任何峰值上使用CISPR检测
- 内部衰减-首先启动20至30分贝,并调整为最佳显示和没有分析仪过载。
获取线路阻抗稳定网络(LISN),并将其放置在被测产品或系统与频谱分析仪之间。注意下面的连接顺序!
警告:在将LISN连接到分析仪之前,通常重要的是为EUT通电。这是因为大的瞬态可能发生在电源上,并可能破坏分析仪的敏感输入级。请注意,TekBox LISN具有内置的瞬态保护。不是所有人都这样,我已经警告过你了!
理想情况下,您需要根据CISPR 11或32(取决于产品类型,ISM或ITE)设置测试。看到图2举个例子。LISN连接到地平面,EUT放置在80厘米高的桌子上。
接通EUT电源,然后将LISN的50欧姆输出端口连接到分析仪。请注意,谐波通常在较低的频率非常高,并逐渐减少到30 MHz。确保这些高谐波不会使分析仪过载。如果需要,添加额外的内部衰减。
通过将检测到的平均峰值(或准峰值,如果您的分析仪提供此选项)与适当的FCC或CISPR限制进行比较,您将能够在正式的符合性测试之前判断EUT是通过还是不通过。FCC和CISPR传导辐射限值(dBμV)请参阅参考资料部分。
辐射排放
这通常是风险最高的测试,也是最容易失败的遵从性测试。因此,在内部建立这个测试应该是优先考虑的事情。对辐射发射进行准确的预合规测试需要校准的EMI天线,放置在距离被测产品3米或10米的地方。这样,您就可以将排放量与实际测试限值进行比较。这些天线的价格从1000美元到6000美元不等。
测试应设置在任何足够大的区域,并远离其他可能干扰测试的设备。有时使用停车场。我经常使用大会议室。图3).
我更喜欢将垂直单位从默认的dBm设置为dBμV,这样显示的数字是正的。然后沿着垂直轴调整参考电平为10的均匀增量。这也是在电磁干扰标准的测试极限中使用的同一单位,也用于下面的计算电场水平的方程中。我还喜欢将水平刻度从线性设置为对数(如果可能的话),这样频率就更容易读出。
设置您的频谱分析仪如下:
- 频率10 ~ 500mhz
- 根据标准,分辨率带宽= 120 kHz,或者100 kHz就足够了
- 前置放大器=打开(或使用外部20 dB前置放大器,如果分析仪缺乏这个)。如果在没有它的情况下可以观测到谐波发射,则可能不需要这样做。
- 垂直单位设置为dBμV
- 调整参考电平,以显示最高谐波,垂直刻度以10 dB的增量读数
- 使用正峰检测
- 设置内部衰减=零
通过记录频谱分析仪的dBμV读数,并考虑同轴损耗、外部前置放大器增益(如果使用)、任何外部衰减器(如果使用)和天线因子(从制造商提供的天线校准),可以计算给定测量距离(通常为3m或10m)下的e场(dBμV/m)。该计算结果可直接与3m或10m辐射发射测试极限进行比较,使用以下公式:
e场(dBμ v /m) = SpecAnalyzer (dBμ v) - PreampGain (dB) + CoaxLoss (dB) + AttenuatorLoss (dB) + AntFactor (dB)
FCC和CISPR辐射发射限值(以dBμV/m为单位)请参见参考资料部分。
辐射免疫
大多数辐射抗扰度测试在80至1000 MHz(或在某些情况下高达2.7 GHz)范围内进行。常用的测试电平为3或10 V/m。军事或汽车产品可高达50至200 V/m,具体取决于操作环境。大多数产品的商业标准是IEC 61000-4-3,其测试设置相当复杂且相对昂贵,因为它需要大量的测试设备和在EUT位置设计为统一电子场的半消声室。然而,使用一些简单的技术,您可以在工作台上快速识别和解决大多数问题。
手持电台-对于辐射免疫,我们通常从EUT以外开始,使用免许可证的手持发射器,如家庭无线电服务(FRS)对讲机(或同等设备)来确定薄弱区域。通过将这些低功率无线电保持在被测产品或系统附近,通常可以迫使故障(图4).
按住发射按钮,在整个EUT运行无线电天线。这应该包括所有的电缆,接缝,显示端口等。
射频发生器-只有某些频段易受影响是很常见的,有时固定频率的手持无线电是无效的。在这种情况下,我使用了一个可调的射频发生器,附带大尺寸h场探头,并在已知故障频率周围进行探测。它还有助于探测内部电缆和PC板,以确定敏感区域。对于较小的产品,例如图5在美国,为了获得最佳的物理分辨率,可以尝试使用较小的h场探头。
代替较大的实验室质量的射频发生器,我还使用一个较小的usb控制的射频合成器,如Windfreak SynthNV(或等效)与近场探头。SynthNV是usb控制的,可以产生高达+19 dBm的射频功率,范围从34 MHz到4.4 GHz。这也适合我的EMI故障排除工具包很好。看到图6.您将在中找到推荐的生成器列表参考1.
静电放电
静电放电测试最好使用IEC 61000-4-2标准中描述的测试设置进行。这需要一个测试台和一定尺寸的地平面。EUT放置在测试台的中间。我通常建议用4 x 8英尺的铜或铝板替换地砖,这将正好适合现有地砖的空间(图7).
测试需要一个ESD模拟器,它可以从许多来源获得。看到参考1.我使用较老的KeyTek MiniZap (图8),电压相对较小,可调至+/- 15kv。还有其他几种合适的(更新的)设计。
就识别测试点而言,ESD测试相当复杂,但基本上有两种测试-空气放电和接触放电。对操作人员可能接触到的EUT外部的所有点使用空气排放。对所有暴露的金属使用接触放电,操作人员可以接触并向其放电。同时测试正极性和负极性。大多数商业试验要求4千伏接触放电和8千伏空气放电。
测试设置还包括水平和垂直耦合平面。使用接触放电尖端进入耦合平面。这些平面需要一个高阻抗的接地放电路径。有关详细信息和准确的测试程序,请参阅IEC 61000-4-2标准。
总结
通过开发您自己的EMI预遵从性测试,您可以通过将测试过程转移到内部来节省时间和金钱,而不是通过依赖商业测试实验室来调度时间和相关成本以及调度延迟。
大多数高风险的电磁干扰测试可以用低成本设备轻松完成。在您自己的设施中执行故障排除所节省的成本可高达数十万美元,并导致数周或数月的产品延迟。
参考文献
1.EMI故障排除设备推荐列表- http://www。emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf
2.André和Wyatt,产品设计师EMI故障诊断食谱,SciTech, 2014。
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