在这篇文章中,我将描述我通常采取的步骤来解决四大EMI问题,进行排放,排放辐射,辐射免疫和静电放电。其中,最后三个最普遍的问题,辐射排放通常被一次失败。如果你的产品或系统(得)拥有足够的力量和I / O端口过滤、排放和其他权力进行品牌免疫测试通常不是一个问题。
为了您的方便,我开发了一个推荐列表设备用于故障诊断EMI。中列出的下载链接参考1。
进行排放
这通常不是一个问题给予足够的电力线路滤波,然而,许多低成本电力供应缺乏良好的过滤。一些“没有名字”品牌没有过滤!进行排放测试很容易运行,所以给你。
设置您的频谱分析仪如下:
- 150千赫至30兆赫频率
- 分辨率带宽= 10或9千赫
- 前置放大器=了
- 调整参考电平显示最高谐波和垂直刻度是阅读甚至10 dB的增量
- 使用平均检测最初和CISPR检测任何山峰
- 内部衰减——从20到30 dB起初并调整为最佳显示和没有分析仪过载。
- 设置垂直单位dBμV
我也喜欢设置水平比例尺从线性到日志,所以频率更容易阅读。
获得一个线路阻抗稳定网络(LISN)和位置之间的产品或系统在测试和频谱分析仪。请注意下面的连接序列!
警告:通常是重要的启动前得过连接LISN分析仪。这是因为大瞬变可以发生在升高,可能破坏敏感的分析器的输入阶段。注意,TekBox LISN内置的瞬态保护。并不是所有做…别怪我没提醒你!
启动得过然后LISN的50欧姆输出端口连接到分析器。注意谐波通常在较低的频率非常高,逐渐减少对30 MHz。确保这些更高的谐波不超速分析仪。如果需要,添加额外的内部衰减。
通过比较发现平均峰值与适当的CISPR限制,你就可以告诉得是否通过或失败之前,正式的遵从性测试。
周围的发射器
你马上会碰到的一个问题是,当测试屏蔽房间或消声室的外面,是环境的数量像调频和电视广播发射机的信号来源,移动电话和双向收音机。尤其是一个问题当使用电流探针或外部天线。我通常会运行一个基线情节分析仪上使用“Max”模式来建立一个综合环境的情节。然后,我将激活附加实际痕迹测量。例如,我经常有三个情节或屏幕上的痕迹;环境基线,情节“之前”和“之后”的情节和一些修复应用。
通常,它容易频谱分析仪的频率跨度范围缩小到零在一个特定的谐波,从而消除大部分的环境信号。如果谐波窄带连续波(CW),然后降低分辨率带宽(RBW)也可以帮助区分得谐波和附近的两种。只要确保减少RBW也不减少谐波振幅。
附近另一个谨慎是强大的发射器可以影响测量信号的振幅精度,以及创建似乎谐波的混合产品,但真正发射机频率的组合和混合电路分析器。您可能需要使用一个外部所需的谐波频率的带通滤波器来减少外部发射机的影响。虽然更贵,EMI接收机与调谐预选会比正常更有用频谱分析仪在高射频环境。Keysight技术和罗德与施瓦茨将供应商考虑。所有这些技术都更详细地描述参考3。
辐射排放
这通常是风险最高的测试。设置您的频谱分析仪如下:
- 1。10至500 MHz的频率
- 分辨率带宽= 100或120千赫
- 前置放大器=(或使用外部20 dB前置放大器如果分析仪缺乏这个)
- 调整参考电平显示最高谐波和垂直刻度是阅读甚至10 dB的增量
- 使用积极的峰值检测
- 设置内部衰减=零
有时我更喜欢设置默认dBm dBμV垂直单位,所以显示的数字都是正的。这也是相同的单元中使用的测试标准的极限。我也喜欢设置水平比例尺从线性到日志,所以频率更容易阅读。
我执行初始扫描500 MHz,因为这通常是最坏的情况下带数字谐波。你也要记录排放至少1 GHz(或更高版本)来描述其他主要排放。一般来说,解决低频谐波也会减少高次谐波。
近场探测
最近场之电场和磁场探测器探测包来。决定磁场或电探针取决于你将探测电流—也就是说,高di / dt -(电路痕迹、电缆等)或高电压,EMI, dV / dt -(开关电源等)。都是用于定位漏水的接缝或屏蔽外壳的缺口。
从更大的磁场探测器(图1)和嗅产品外壳,电路板(s)和连接电缆。目标是识别主要噪声源和特定的窄带和宽带频率。文档的位置和主导频率观察。当你瞄准的来源,您可能希望使用较小直径磁场探针,将提供更大的分辨率(但不敏感)。
记住,并不是所有的高频能量来源位于董事会会辐射!需要某种形式的辐射耦合到一个“状”结构,如一个I / O电缆,电力电缆,屏蔽罩或缝。
比较与已知的时钟振荡器或其他高频谐波频率源。它将有助于使用时钟振荡器计算器,由我的合著者,帕特里克·安德烈。看到的下载链接参考2。
当应用潜在的补丁在董事会层面,一定要带了近场探头减少变异你经验的物理位置探测器小费。记住,我们主要感兴趣的相对变化,我们应用补丁。
磁场探测器也最敏感(将一些最磁通量)当他们的飞机是面向并行跟踪或电缆。最好的位置探测器在90度的平面印刷电路板。看到图2。
附加电流探针,测量共模电缆电流(包括电缆)高频电流探针,比如费舍尔F-33-1定制的通信模型,或同等(图3)。文档的位置上几个谐波和比较列表由近场探测。这将是最可能的辐射,导致测试失败,因为他们是流动状结构(电缆)。使用制造商提供的校准图表的转移阻抗计算实际的电流在一个特定的频率。注意,只需要5到8μA高频电流的失败FCC或CISPR测试的限制。
这是一个好主意来回滑动电流探针最大化谐波。这是因为一些频率将会在不同的地方产生共鸣,由于驻波在电缆上。
它也可以预测辐射电(V / m)给定电流的电线或电缆,假设是电长度短的关心的频率。这已被证明是准确的,1米长电缆高达200 MHz。指参考3获取详细信息。
注意在使用外部天线
请注意,有两种截然不同的目标当使用外部电磁干扰天线;
- 相对故障排除,你知道失败的频率和需要减少他们的振幅。校准天线不是必需的,因为只有相对变化是重要的。重要的我从得谐波内容应该清晰可见。
- 说测试,你想重复使用的测试设置合规测试实验室,设置一个校准天线3米到10米距离产品或系统在测试和提前决定你是否通过或失败。
说测试辐射排放
如果你希望建立一个说测试,(# 2),然后给出一个校准EMI天线间隔3米到10米离得过,你可以计算电(dBμV / m)记录频谱分析仪的dBμV阅读和考虑到诱导损失,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)。这个计算可以直接与3 m或10米相比辐射排放测试限制使用公式:
电(dBμV / m) = SpecAnalyzer (dBμV)——PreampGain (dB) + CoaxLoss (dB) + AttenuatorLoss (dB) + AntFactor (dB)
对于本文的目的,我将重点放在天线非常接近的正弦信号故障排除的过程使用一个较好的(# 1)以上的一般特征谐波水平实际上是辐射和测试潜在的修复。例如,知道你可能超过极限3 dB在某些谐波频率意味着你的目标应该是减少排放6到10 dB的足够的保证金。
故障排除天线非常接近的正弦信号有较好的
一旦产品的谐波配置文件是完全的特点,实际上是时候看看哪些谐波辐射。为此,我们使用一个天线间隔至少1米的距离被测试的产品或系统来测量实际排放(图4)。通常情况下,它将连接I / O或电缆泄漏,泄漏的屏蔽室。比较这些数据的近场和电流探头。现在你能确定可能的来源(s)提到的排放吗?
试图确定电缆辐射是主要问题的电缆。你也可以尝试安装一个扼流在一个,或者更多,电缆作为测试。使用近场探测来确定泄漏也发生从接缝或屏蔽室的空缺。
一旦确定了发射源,你可以用你的知识过滤、接地和屏蔽缓解该问题的排放。试图确定耦合路径在任何外部电缆产品。在某些情况下,电路板可能需要重新设计优化层层叠或消除高速痕迹穿过缺口返回的飞机,等。通过观察结果实时与天线间隔一段距离,缓解阶段应该很快。
常见问题
有很多产品设计领域,可能会导致辐射排放:
- 1。可怜的电缆护套终端是头号问题
- 漏水的产品屏蔽
- 内部电缆耦合缝或I / O的地区
- 高速穿越差距在返回平面痕迹
- 最优层叠层
更多细节请参考引用系统和PC板上设计问题,可能导致排放的失败。
辐射免疫
大多数辐射免疫测试执行从80年到1000 MHz(或者,在某些情况下,高达2.7 GHz)。常见的测试级别是3 - 10 V / m。军品可以高达50到200 V / m,这取决于操作环境。大多数产品的商业标准IEC 61000-4-3,其测试设置相当。然而,使用一些简单的技巧,你可以迅速识别并解决大多数问题。
手持无线电辐射免疫,我们通常开始得过外,使用license-free手持发射器,如家庭广播服务(FRS)对讲机(或同等)来确定区域的弱点。通过举行这些低功率无线电产品或被测系统,你可以经常迫使失败(图5)。
按住发送按钮下来收音机天线周围得运行。这应该包括所有的电缆,接缝,显示端口,等等。
射频发生器
这很常见,只有某些频段敏感,有时固定手持无线电频率并不有效。在这种情况下,我使用一个可调节射频发生器连接大型磁场探头和探头在所有已知失败的频率。它还有助于探针内部的电缆和PC板来确定敏感的领域。对于较小的产品,如图6,试着用较小的磁场探测器最佳物理分辨率。
在大质量的射频发电机,我也使用一个较小的USB-controlled射频合成器,比如Windfreak SynthNV与近场探头(或同等)。SynthNV可以生产+ 19 dBm功率从34 MHz到4.4 GHz,所以工作良好。这也符合我的EMI故障排除工具。看到图7。你会发现一个发电机在推荐列表参考1。
静电放电
静电放电测试是最好的使用测试设置所述执行IEC 61000-4-2标准。这需要一个测试表和地面飞机的某些维度。得过放置在中间的测试表。我通常建议更换地砖与铜或铝4 x 8英尺表、将合适的空间现有的瓷砖(图8)。
测试需要一个ESD模拟器,可以从许多来源。看到参考1。我使用了老KeyTek MiniZap,相对较小,可以调整到+ / - 15千伏。还有其他几个合适的(新)设计。
ESD测试是相当复杂的识别测试点,但基本上,有两个测试——空气放电和接触放电。对所有点,操作员可以使用空气放电碰得的外面。使用所有暴露的金属接触放电,操作员可以触摸和放电。测试两个正面和负面的极性。大多数商业测试需要4 kV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的飞机。使用接触放电陷入飞机的耦合。这些飞机需要一个高阻抗放电路径。有关详细信息,请参阅IEC标准和准确的测试程序。
总结
通过开发自己的EMI故障排除和说测试实验室,你可以节省时间和金钱将故障排除过程内部,而不是延迟调度时间和相关的成本和调度根据商业测试实验室。
大部分的高风险的EMI测试很容易以低成本设备执行。节约成本通过执行故障排除在你的设施可以挂载到数十万美元,产品延迟数周或数月。
引用
推荐列表的EMI故障诊断设备——http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf
- 时钟振荡器计算器(帕特里克·安德烈)——http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
- 安德烈和怀亚特,EMI故障排除食谱对于产品设计师,科技,2014年。
- Joffe和锁,理由接地,威利,2010年
- 奥特,电磁兼容工程,威利,2009年
- Mardiguian, EMI故障诊断技术,麦格劳-希尔,2000年
- EMC蒙特罗斯,制作简单,蒙特罗斯合规服务,2014年
- 莫里森、接地和屏蔽电路和干扰,威利,2016年
- 产品设计师,威廉姆斯,EMC Newnes, 2017年