EMC 預(yù)測(cè)試技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量不可少的手段?。ㄒ唬?/h1>

日期：2024-10-09 11:49

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摘要： 電磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指電子、電氣設(shè)備共處一個(gè)環(huán)境中能互不干擾、兼容工作的能力。對(duì)于一個(gè)設(shè)備，既要求它不產(chǎn)生過(guò)大的干擾使其它設(shè)備工作失常，也要求它具有一定的抗干擾能力，以保證在其它設(shè)備發(fā)出的干擾環(huán)境下能正常工作。 1、為了獲得一個(gè)產(chǎn)品(設(shè)備、系統(tǒng))優(yōu)良的EMC，其中之一是預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能存在的EMC問(wèn)題。它包括了以下二個(gè)方面： ⑴電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干擾耦合路徑特性、受試設(shè)備的電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特...

        電磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指電子、電氣設(shè)備共處一個(gè)環(huán)境中能互不干擾、兼容工作的能力。對(duì)于一個(gè)設(shè)備，既要求它不產(chǎn)生過(guò)大的干擾使其它設(shè)備工作失常，也要求它具有一定的抗干擾能力，以保證在其它設(shè)備發(fā)出的干擾環(huán)境下能正常工作。

  1、為了獲得一個(gè)產(chǎn)品(設(shè)備、系統(tǒng))優(yōu)良的EMC，其中之一是預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能存在的EMC問(wèn)題。它包括了以下二個(gè)方面：

⑴電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干擾耦合路徑特性、受試設(shè)備的電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特性的物理模擬預(yù)測(cè)與數(shù)學(xué)模擬預(yù)測(cè)；

⑵研究科學(xué)可行的EMC測(cè)試與試驗(yàn)技術(shù)，即包括測(cè)試方法與測(cè)試設(shè)備。值此，本文將對(duì)EMC預(yù)測(cè)試技術(shù)特征與新型測(cè)試設(shè)備及其測(cè)試應(yīng)用實(shí)例作分析說(shuō)明。

2、 EMC預(yù)測(cè)試必不可少
       一個(gè)產(chǎn)品EMC的評(píng)價(jià)*終歸結(jié)為是否符合相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施這種評(píng)價(jià)稱(chēng)為EMC鑒定測(cè)試(CompliaHce Measurement)。它是在一個(gè)產(chǎn)品投放市場(chǎng)前的*后階段完成的。其實(shí)，按照一個(gè)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)全過(guò)程中所需要的EMC測(cè)試量而言。鑒定測(cè)試只占了不到10%，90%的測(cè)試工作量是在此前完成的，包括準(zhǔn)電路的板卡、原理樣機(jī)、初樣到正樣研制的過(guò)程中，通過(guò)不斷的EMC測(cè)試逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品良好的電磁兼容性。將這90%的測(cè)試工作總稱(chēng)為EMC預(yù)測(cè)試。預(yù)測(cè)試可以比鑒定測(cè)試**度低些、粗略一些，以便迅速找出問(wèn)題并不使測(cè)試設(shè)施費(fèi)用過(guò)高。
  預(yù)測(cè)試儀表在保證必需的精度的同時(shí)，縮短測(cè)量時(shí)間是一個(gè)不可忽視的因素。如采用頻譜分析儀既可以保證與EMI接收機(jī)有相似的精度，又可顯著提高測(cè)量速度，而且價(jià)格不足EMI接收機(jī)的一半。因此，預(yù)測(cè)試常采用頻譜分析儀代替EMI接收機(jī)，如圖2（b）所示。也就是說(shuō)，預(yù)測(cè)試系統(tǒng)可以使單位具有全程的EMC檢測(cè)手段，可以**提高產(chǎn)品的EMC特性。

3、如何建立EMC預(yù)測(cè)試系統(tǒng)
        所謂預(yù)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)際上也是嚴(yán)格按照國(guó)家各種EMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，包括設(shè)備、方法等等。但是，預(yù)測(cè)試系統(tǒng)具有區(qū)別于鑒定測(cè)試的特點(diǎn)主要如下：其一是對(duì)環(huán)境要求較低，EMC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，一般必須在屏蔽室或暗室中進(jìn)行，但預(yù)測(cè)試的主要目的在于初步摸底，只要找到問(wèn)題所在即可，所以對(duì)環(huán)境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指標(biāo)可以低于認(rèn)證測(cè)試；其二是核心測(cè)量?jī)x器利用高性能頻譜分析儀，高性能的頻譜分析儀完全具備了EMC檢測(cè)的能力，可以取代傳統(tǒng)的EMI接收機(jī)，目前有一個(gè)共識(shí)，頻譜分析儀是建立預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的*佳選擇；其三是專(zhuān)用的中文軟件；其四是EMC預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂是測(cè)試軟件與測(cè)試附件(傳感器/天線、LISN、衰減器等)。

3.1、EMI預(yù)測(cè)試系統(tǒng)的基本組成。
    EMI測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

       系統(tǒng)主要按照GJBl51A的CEl01、CEi02、REi01和REl02對(duì)電子、電氣或機(jī)電產(chǎn)品的EMI性能進(jìn)行測(cè)試，檢查受試設(shè)備的相關(guān)EMI性能是否合格。如果不合格必須指出頻率點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的幅度值，以備產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地提出解決辦法，將問(wèn)題較早地消除，為產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)前能通過(guò)EMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
       系統(tǒng)所采取的測(cè)試方法按照前述GJBl52A中有關(guān)部分所規(guī)定的程序進(jìn)行，包括標(biāo)準(zhǔn)的檢查配置、正式測(cè)試配置、校準(zhǔn)步驟、測(cè)試步驟和測(cè)試完畢所應(yīng)提交的數(shù)據(jù)。
        基本的系統(tǒng)測(cè)量指標(biāo)：頻率范圍3Hz-26.5GHz；距離容差±5%；頻率容差±2%；，測(cè)量接收機(jī)幅度容差±2dB；測(cè)量系統(tǒng)(包括測(cè)量接收機(jī)、傳感器、電纜等)容差±3dB；時(shí)間(波形)容差±5%。

3.2、系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分
    ⑴ 硬件部分
    包括三個(gè)分系統(tǒng)：前端子系統(tǒng)(主要包括傳感器，如電流探頭、環(huán)形天線、桿天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線；電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；衰減器等)、接收機(jī)子系統(tǒng)(主要包括頻譜儀、射頻預(yù)選器和EMI分辨帶寬選件等)和主控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)(主要包括IBM兼容機(jī)、PC-GPIB卡、GPIB線纜)。
    ① 接收機(jī)子系統(tǒng)功能與指標(biāo)
    接收機(jī)子系統(tǒng)是采用新型的E4440A型EMI測(cè)量接收機(jī)(安捷倫公司產(chǎn))。功能與指標(biāo)如下。
    E4440APSA系列頻譜分析儀與全新N9039A射頻預(yù)選器雙劍合璧且**、快速、頻率高達(dá)50GHz的EMI測(cè)量接收機(jī)。這款新型接收機(jī)能夠進(jìn)行**和可重復(fù)的測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)可在整個(gè)測(cè)量帶寬上提供*佳的幅度和頻率精度。該系統(tǒng)每次掃描8192個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以分析超寬掃寬，同時(shí)擁有CISPR所要求的分辨率。另外，全新的射頻預(yù)選器使系統(tǒng)完全符合CISPR標(biāo)準(zhǔn)?？梢詮呐月房焖偾袚Q到預(yù)選模式，以進(jìn)行兼容性測(cè)量。EMI測(cè)量系統(tǒng)可提供需要的幅度性能和系統(tǒng)精度，以實(shí)現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。
    ② EMI測(cè)量系統(tǒng)描述和元件
    包含帶有EMI專(zhuān)用軟件的頻譜分析儀E4440A PSA系列、射頻預(yù)選器N9039A與N5181A系統(tǒng)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器。
    ③ 進(jìn)行發(fā)射分析所需的所有特性
    9kHz至1GHz射頻預(yù)選；ClSPR帶寬(200Hz、9kHz、120kHz和1MHz)；檢波器(平均值、準(zhǔn)峰值和峰值)；限制線和限制范圍；天線、線纜、放大器和其他設(shè)備的校正因數(shù)；利用外部信號(hào)源進(jìn)行的預(yù)選濾波器校準(zhǔn)；執(zhí)行發(fā)射保護(hù)的內(nèi)置限制器；極其靈敏的前置放大器；可從101個(gè)變到8192個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
    ④ 測(cè)量精度和可重復(fù)性
    1GHz頻率內(nèi)的輻射發(fā)射頻段靈敏度為152dBm；**幅度精度為±1.0dB，9kHz至1GHz；輸入VSWR為1.2：1；預(yù)選TOI為+5dBm；100MHz掃寬時(shí)的掃寬精度：20kHz典型值。
    ⑵ 軟件部分
    從功能上可以將該軟件系統(tǒng)劃分為五個(gè)模塊：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、掃描模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和測(cè)試結(jié)果輸出模塊。

4、實(shí)用新型的電磁兼容性(EMC)測(cè)試設(shè)備
4.1、EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)
        采用陣列探頭和電子掃描技術(shù)的近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，能獲取被測(cè)物完整電磁場(chǎng)信息的測(cè)量系統(tǒng)，集EMC診斷和EMI測(cè)試為一體的電磁兼容綜合測(cè)量系統(tǒng)。
  ⑴ 獨(dú)特的EMC診斷系統(tǒng)
       由1218個(gè)探頭組成的陣列掃描器，實(shí)時(shí)看清電磁場(chǎng)，**定位窄帶和寬帶電磁干擾源[見(jiàn)圖2(a)所示]，解決各類(lèi)EMI問(wèn)題；能實(shí)時(shí)顯示EMS測(cè)試對(duì)被測(cè)物內(nèi)部電路的影響，快速解決EMS問(wèn)題；快速準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)箱的屏蔽性能，能幫助工程師迅速積累正確的解決EMI/EMS問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。

  ⑵ 主要特征
         *寬頻率范圍的近場(chǎng)測(cè)試工具：50kHz-4GHz，具有頻譜掃描、空間掃描、頻譜/空間掃描，天線掃描等功能；具有單次掃描、連續(xù)掃描、同步掃描等方式，具有峰值保持功能；
高速掃描，利用連續(xù)掃描和峰值保持功能，能捕捉到一般手段所無(wú)法測(cè)量到的瞬態(tài)電磁干擾；頻譜/空間掃描能一次測(cè)量獲取被測(cè)物完整電磁場(chǎng)信息，能迅速準(zhǔn)確定位電磁干擾源；全方位測(cè)量任意體積和重量的被測(cè)物，包括PCB、電纜、機(jī)箱、機(jī)架等；呈人字形交叉排列的**電磁場(chǎng)陣列掃描器，能測(cè)量各個(gè)方向的電磁場(chǎng)；功能強(qiáng)大的后臺(tái)分析和處理能力，可以把測(cè)量結(jié)果和PCB的光繪文件疊加在一起顯示。
   ⑶ EMI預(yù)兼容測(cè)試功能
         圖2（b）為EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)示意圖。配套LISN(線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))/電流探頭/吸收鉗/天線等附件后，EMSCAN能進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的EMI預(yù)兼容測(cè)試，具有背景信號(hào)自動(dòng)識(shí)別功能，特別適合企業(yè)在普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行**的EMI預(yù)兼容測(cè)試。
         EMSCAN控制軟件的ASM(天線掃描模塊)，用于電磁預(yù)兼容測(cè)試。能依據(jù)CISPR 11/14/15/22/25/GJB152A-CEl02進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試。依據(jù)CISPR 11/14/22/25/GJB1 52A-REl02進(jìn)行功率或者輻射發(fā)射測(cè)試。

4.2、Langer近場(chǎng)探頭.
        這是電磁兼容工程師必備的基本工具，多達(dá)19個(gè)各種形狀的探頭，可以完成幾乎所有的電磁場(chǎng)測(cè)試任務(wù)：具有多種分辨率的探頭，實(shí)現(xiàn)從粗略定位到精細(xì)定位；低成本高性能；頻率范圍覆蓋100kHz-3GHz；適用于檢查機(jī)箱泄漏、PCB內(nèi)部電磁場(chǎng)分布、電纜上的電磁場(chǎng)分布等；使用簡(jiǎn)單，攜帶方便。
        近場(chǎng)探頭的用途：主要應(yīng)用于查找干擾源，判定干擾產(chǎn)生的原因；可以檢測(cè)器件或者是表面的磁場(chǎng)方向及強(qiáng)度；可以檢測(cè)磁場(chǎng)耦合的通道，從而調(diào)整連接器或者元器件的位置；可以檢測(cè)PCB附近的磁場(chǎng)環(huán)境。
        為了降低干擾，尋找到真正的干擾源或者是其傳播的途徑是非常有必要的。通過(guò)近場(chǎng)測(cè)量可以很方便的實(shí)現(xiàn)定位的功能，甚至可以**到IC引腳以及具體的走線。圖3（a）所示為環(huán)形探頭，分辨率從1mm到25mm，適合檢測(cè)機(jī)箱泄漏、電流方向等，檢測(cè)電纜及元器件連接處等產(chǎn)生的磁場(chǎng)。圖3（b）所示為檢測(cè)IC引腳的磁場(chǎng)分布，檢測(cè)IC下面或?qū)拰?dǎo)體的圓形磁場(chǎng)。

4.3、虛擬暗室EMC測(cè)量系統(tǒng)(無(wú)需暗室/屏蔽室)
        如果想在普通環(huán)境下測(cè)量被測(cè)設(shè)備(EUT)的電磁輻射，就必須設(shè)法“消除”背景噪聲的影響。當(dāng)今己開(kāi)發(fā)出多種虛擬暗室EMC測(cè)量系統(tǒng)，值此以CASSPER虛擬暗室系統(tǒng)為例作新概念說(shuō)明。
  當(dāng)今的虛擬暗室系統(tǒng)，是*新的EMI測(cè)試系統(tǒng)。它具有****的頻率同步及相位鎖定功能，是一個(gè)雙通道、多端口EMI接收機(jī)，符合CISPR-16標(biāo)準(zhǔn)要求。
       其虛擬暗室系統(tǒng)接收機(jī)使用兩套時(shí)間與頻率都同步的通道同時(shí)去接收一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的信號(hào)，用來(lái)進(jìn)行電磁發(fā)射的測(cè)量和電磁干擾源的定位。虛擬暗室系統(tǒng)把先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)引入到了EMI測(cè)量中，能通過(guò)算法準(zhǔn)確濾除背景噪聲，得到被測(cè)設(shè)備(EUT)實(shí)際的準(zhǔn)確的電磁輻射情況。CASSPER不僅能濾除一般的背景噪聲，還能**提取與背景噪聲相同頻率的EUT信號(hào)。即使背景噪聲的幅度或者頻率被調(diào)制了，其背景噪聲濾除性能也不會(huì)下降。虛擬暗室系統(tǒng)也能濾除來(lái)自多個(gè)地方的背景噪聲。能在市內(nèi)區(qū)域**測(cè)量電子設(shè)備的電磁發(fā)射。
  ⑴ 系統(tǒng)組成
        系統(tǒng)由雙通道EMI接收機(jī)、高性能計(jì)算機(jī)、雙通道高速DSP卡(內(nèi)置于計(jì)算機(jī))、天線、近場(chǎng)探頭以及測(cè)量軟件等組成，見(jiàn)圖4(a)所示。
       從圖4(a)可見(jiàn)該系統(tǒng)的接收機(jī)有A/B兩個(gè)通道，每個(gè)通道都在接收機(jī)的前面板上設(shè)有2至4個(gè)端口，不同頻段的天線可以接到不同的端口上，系統(tǒng)可以對(duì)不同頻段的天線進(jìn)行自動(dòng)切換。接收機(jī)把收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻處理后，由AD變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)內(nèi)部的高速雙通道DSP卡對(duì)兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)按照有**技術(shù)的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，*終由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示、打印等處理。

圖4 (a) 虛擬暗室EMC測(cè)量系統(tǒng)；

(b)“時(shí)間/頻率/相位”同步識(shí)別技術(shù)應(yīng)用示意圖
 

  

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