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频谱分析仪应用解惑之EMI测试
发布时间: 2020-06-10
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频谱分析仪是射频微波领域的万用表,在产品可靠性、数字电路和电源设计领域它也有着重要的用途------无处不在的EMI测试。
频谱分析仪是射频微波领域的万用表,在产品可靠性、数字电路和电源设计领域它也有着重要的用途------无处不在的EMI测试。

EMI通常指电子设备对外产生的电磁干扰,当电子设备存在突然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt很大,便会产生交变的电磁场,从空间辐射或导体传导出去,影响到周边其他的电子设备。它和EMS同为EMC的一部分,

EMC(Electro Magnetic Compatibility 电磁兼容性)=EMI(干扰度)+EMS(抗扰度)
这里Compatibility常译为“兼容性“,许多文章讲EMI“一致性”测试,说的都是同一个词。

一、EMI概述

一般来说,电子类产品开发过程中EMI测试的实施常分为EMI诊断,EMI预兼容测试和EMI兼容测试这几个阶段,各阶段的目的和方法都是不同的。
 EMI测试阶段
图 1 EMI测试阶段

EMI的诊断测试和预兼容测试,很大程度上都是为认证性的兼容测试存在的。首先,电磁兼容测试是产品质量的内在要求,每一个电子设备或系统都要在预定的电磁环境中能够正常工作,同时也不能过于影响其他电子设备或系统,这需要有一套规范的质量标准。其次,几乎所有的电子类产品都不得不通过电磁兼容测试认证,这是国家和组织的技术壁垒,产品要想进入这些市场必须有强制性认证,这方面世界各个地区都有各自的标准。

电磁兼容认证的步骤苛刻庞杂,正式的产品认证需要大量测试设备和测试过程,费金耗时。因此,在产品研发设计的各个阶段中都应尽早发现和解决各个级别的电磁兼容的问题,提升产品的过程质量,避免最后的产品认证测试不通过,导致同样费金耗时的返工整改。(多说一句,电磁设备对人的影响属于电磁兼容的范畴吗?概念上讲并不是,而且电磁对人的生理影响尚未有科学依据,所以还没有划归到电磁兼容领域。)

从图 1中可以看到,在产品开发的各个阶段,EMI测试的重点是不同的:

• EMI诊断和调试(Diagnosis)

EMI诊断和调试在单元和产品设计阶段,主要是遵循一些电磁兼容的设计原则,对电源/时钟/接口线缆/主要芯片等对象,通过合理的布局/接地/屏蔽/走线/滤波等技术完成略有重点的设计和调试,不是为了测量EMI的精确结果,而是为了找出EMI的根源,从而改善产品设计,既是为了后期产品集成后通过EMI兼容认证,也是为了产品内部相互稳定的可靠性设计。

EMI诊断在实验室使用普通的测试仪器即完成,例如带有FFT分析功能的中高端示波器,普通的频谱分析仪,近场探头,手艺好的工程师还可以自己制作性能良好的近场探头,对于很多较强的EMI辐射,例如某些回路过大的开关电源,甚至只需要一根裸露的导线即可探测到空间中的骚扰信号。这种定性分析主要针对的是硬件设计人员,目的是要快捷简便,成本低廉,重复性好。 
使用频谱分析仪和近场探头进行EMI诊断
图 2 使用频谱分析仪和近场探头进行EMI诊断

• EMI预兼容测试(Pre Compliance)

EMI预兼容测试在产品原型和试产阶段,一般要在产品级或系统级进行预兼容(Pre Compliance)测试,预兼容并没有一个明确的参考标准,就是尽量低成本地模拟兼容测试标准,对EMI状况进行较正式的摸底,避免在正式的兼容测试中失败。

预兼容测试会涉及到一些近似具有认证级设备功能的测试设备,例如单独的试验场所,具备EMI滤波器和准峰值检波功能的频谱分析仪或入门级EMI接收机,人工电源网络或电流钳,隔离变压器,低端的电磁屏蔽箱,带电流注入功能的电源(EMS测试)等,并要基本了解该产品需要达到的认证标准,有比较明确的测试目标,以便为产品留足认证通过的空间,目标就是用现有的设备尽量模拟真实认证环境。