在EMI/EMC故障排除中,近场探测(NFPs)是很好的工具。让我们回顾一下如何理解你在仪器屏幕上看到的磁场近场探测器。
EMI/EMC问题(辐射和传导发射)通常与电路中的电流有关:高频电流(即高di/dt电流)是来自pcb、电缆、槽和孔径、地噪声、串扰等的辐射。
这是因为磁场探头(环路)有助于识别罪魁祸首信号的产生位置(振铃、寄生振荡、谐波等)。
在频谱分析仪中使用近场探头是很常见的。通过这种方式,您可以看到靠近探头的信号频谱,并且很容易测量测试中涉及的频率。有时不需要更多的信息。
但是,你有没有想过你的乐器屏幕上有什么?磁场是什么?你的电路里有电流吗?电压在你的电路中吗?……。
近场探头给我们一个电压施加到仪器的输入阻抗(50欧姆或1欧姆,典型),所以,到底是什么电压?
我将尝试用图1所示的一个非常基本的实验来解释这个想法。
图1所示。图1所示。我们实验的设置。
来自50欧姆输出阻抗的信号发生器的信号被应用到两层PCB中的50欧姆走线上。线路的末端是50欧姆。
一个方波频率为20 MHz的信号被应用到信号发生器的电路中,我们的磁场近场(ROUND)探头位于信号附近,并使用低噪声和线性放大器连接到示波器(Agilent InfiniVision DSO 7104B)的通道2。
信号的FFT(或者您可以使用频谱分析仪)在CH2通道2的屏幕上观察到(图2):
图2所示。近场探头输出的频域.
我们在屏幕上看到的是一个VOLTAGE的FFT(近场探头在瞄准镜输入阻抗上的输出电压)。这个电压与电路中的电流和电压有什么关系?
记住,我们用探头捕获磁场线(探头是屏蔽电场的),我们可以识别我们的20 MHz“时钟”的谐波。注意奇次谐波比偶次谐波大。
让我们在我们的实验中增加两个额外的探针:负载电阻中的电压将在通道1 (CH1)中使用无源(x10)探针测量,电路中的电流将在通道3 (CH3)中测量,如图1和图3所示:
图3.实验细节.
在图3中,您可以看到PCB板,近场探头(来自Beehive),泰克TCP202电流探头,以及我的美国微波实验室USMC0125低噪声放大器(对于任何EMI/RF实验室来说都是非常有用的工具)。
我们将信号发生器的输出配置为正弦波形(20 MHz频率)。在图4中,我们看到仪器的屏幕。
无花果。4.第二个实验的测量:负载电阻电压(CH1),电路电流(CH3),近场探头输出(CH2)。
注:CH1和CH3同相(信号发生器电阻负载)
如果你在频谱分析仪、FFT或时域(没有看到CH1/CH3)中看到CH2,也许你不会意识到CH2和CH3是相关的,但它们不是同一个信号。近场探头测量磁场,因此输出电压与磁场成正比。你可以看到CH3和CH2大约是90º。相位差。
有时,从频谱的角度来看,如果您对测量频率(即测量一些振铃)感兴趣,这不是问题,但在其他情况下,在排除严重问题时,重要的是要考虑差异。
现在,将信号发生器的输出再次更改为SQUARE波形(20 MHz频率)。在图5中,我们看到仪器的屏幕。
图5.信号发生器中的方形波形信号.
现在,波形变成了方形你可以发现CH3和CH2完全不同。
这种行为的原因是近场探头靠近你的电路迹线(或电线)正在接收磁场线,我们可以表示耦合效应,就像一个变压器与一个初级(电流i的电路)和一个次级(近场探头)。次级输出正好是M·di/dt(其中M是电路之间的互感或耦合因子),因此,它与电路中电流的导数成正比!
在图5中,我们再次清楚地看到,近场探头(CH2)的输出与di/dt成正比(CH3中的蓝色痕迹)。
如果将近场探头旋转180º,屏幕会发生如图6所示的变化。
无花果。6.信号发生器中的方形波形信号将近场探头旋转180º.
另一个有趣的图是当前探头的FFT和用于比较的NFP输出(图7)。
无花果。7.电流(CH3)和近场探针(CH2)的光谱.
CH3的频谱是方波信号的频谱,降低了-20 dB/decade和-40 dB/decade的谐波振幅。
对于NFP (CH2),低频分量具有恒定的幅值,直到中频,因为波形的占空比非常小(记住梳状发生器信号或脉冲信号的频谱)。
因此,请记住:当使用ROUND磁场近场探头时,您将在仪器的屏幕上看到磁场的时间或频域电路中电流的导数.
提示:对于较低的频率,也许你可以与你的瞄准镜集成,以查看屏幕上的电流。
在以后的文章中,我将尝试解释SQUARE近场探头发生了什么。