EMI輻射測試:峰值、準(zhǔn)峰值和平均值測量

EMI輻射測試對于新產(chǎn)品推向市場至關(guān)重要。大多數(shù)電氣和電子產(chǎn)品都要求合規(guī)測試，而且必須在(政府機(jī)構(gòu)或業(yè)界)認(rèn)可的測試實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，這種測試的成本可能很昂貴，尤其是在產(chǎn)品沒有通過測試的情況下，測試不達(dá)標(biāo)可能導(dǎo)致產(chǎn)品上市時間推遲，以及成本超支。

為了盡可能地減少在合規(guī)性測試之前往返測試實(shí)驗(yàn)室的行程次數(shù)，可以先自己測量產(chǎn)品的EMI輻射。這不僅會提高一次性通過輻射合規(guī)測試的機(jī)率，還可以盡早發(fā)現(xiàn)潛在的問題，而不必等到最后一分鐘才發(fā)現(xiàn)必須對產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，且可以使用頻譜分析儀或EMI接收機(jī)進(jìn)行多項(xiàng)測量。

準(zhǔn)峰值、峰值和平均值

在預(yù)合規(guī)測試中，可以掃描所測量產(chǎn)品的噪聲，并將其與適當(dāng)?shù)姆ㄒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較，所采用的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)取決于所測試設(shè)備的使用區(qū)域和類別。在美國，這一標(biāo)準(zhǔn)是針對商用設(shè)備的FCC第15部分規(guī)范，還有許多其他產(chǎn)業(yè)特定的標(biāo)準(zhǔn)，例如針對汽車和軍用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了如何測量噪聲。大多數(shù)商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用CISPR 16-1所定義的三種主要檢測方法：峰值、準(zhǔn)峰值和平均值，來自眾多供貨商的臺式和USB頻譜分析儀和EMI接收器都具有這種測量功能。

顧名思義，峰值檢測保留了發(fā)射信號中每個諧波的峰值，以表示最壞的情況。平均檢測提供整個周期內(nèi)每個信號分量的平均幅度，而準(zhǔn)峰值檢測則是根據(jù)每個信號分量的重復(fù)率對其加權(quán)：重復(fù)率越高，給予該分量的權(quán)重越高。

從圖1可以看出兩個相似脈沖信號的三種探測器輸出響應(yīng)，其中頂端的回應(yīng)具有更高的重復(fù)率。請注意，準(zhǔn)峰值檢測器具有更高的電壓輸出。

圖1 準(zhǔn)峰值檢測器在某信號分量更頻繁發(fā)生時會產(chǎn)生更高的電壓輸出。

在預(yù)合規(guī)測試中，要想快速執(zhí)行EMI掃描，應(yīng)該從峰值檢測開始，并將檢測結(jié)果與已經(jīng)公布的準(zhǔn)峰值標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較。如果設(shè)計(jì)達(dá)到了準(zhǔn)峰值標(biāo)準(zhǔn)，而且有不小的余量(比如6dB或更多)，那么產(chǎn)品通過合規(guī)性測試的可能性就比較大，準(zhǔn)峰值測試可能都不需要了。但是，如果產(chǎn)品剛剛通過峰值檢測，建議還是要進(jìn)行準(zhǔn)峰值測試，這與合規(guī)性測試中使用的方法相同，將有助于確定潛在的問題所在。

預(yù)合規(guī)測試

除非愿意再測試環(huán)境和設(shè)備上花費(fèi)大量金錢，否則不太可能在自己的場所營造跟合規(guī)性實(shí)驗(yàn)室完全相同的測試環(huán)境。但是，透過一些低成本設(shè)備的投資，仍然可以提高一次性通過EMI合規(guī)測試的概率。

理想的測試場所是在沒有無線電信號的環(huán)境中，遠(yuǎn)離蜂巢網(wǎng)絡(luò)、基地臺、廣播電臺或任何其他周圍環(huán)境信號，一個建議是在一個外部地點(diǎn)(比如一個大型的空曠倉庫)安裝輻射干擾測試設(shè)備。理想的設(shè)置應(yīng)避免帶有隱藏金屬線束或物體的墻壁，因?yàn)榻饘傥矬w會產(chǎn)生反射，可能使某些有缺陷的頻率無效和/或放大一些“通過的”頻率。要減少這些反射可能花費(fèi)昂貴，因?yàn)樾枰者@些輻射信號以防止反射，許多工程師會使用鐵絲網(wǎng)來建造一個屏蔽室，至少可以減少外部信號的影響。除頻譜分析儀外，可能還需要配置天線、三腳架和放大器，這取決于預(yù)算多少，有很多種天線可以購買，但如果預(yù)算特別不寬裕，也可以選擇使用DTV天線，或使用PCB制作一個天線。還需要一張良好絕緣的桌子、一個隔離變壓器，和線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)，圖2顯示使用USB實(shí)時頻譜分析儀的典型輻射測試設(shè)置。

*圖2 輻射干擾測試裝置包括天線、頻譜分析儀、隔離桌、LISN，也可能帶前置放大器。

首先掃描周圍環(huán)境，同時將設(shè)備保持在原位但關(guān)閉電源。第一次輻射干擾掃描應(yīng)使用峰值檢測，因?yàn)樗俣瓤欤梢钥焖俣娴亓私庠肼暦扰c容限標(biāo)準(zhǔn)的差距，并知道哪些頻率可能出問題。

圖3表示環(huán)境追蹤和第一次峰值掃描與FCC第15部分A類限定標(biāo)準(zhǔn)的對比，最高頻率達(dá)到960MHz，環(huán)境噪聲是藍(lán)綠色跡線，峰值掃描是黃色跡線。下方的表顯示了峰值掃描與限定標(biāo)準(zhǔn)的對比結(jié)果，可以看出，結(jié)果顯示A區(qū)域中存在大量突刺，這就說明沒有達(dá)標(biāo)。

圖3 這些結(jié)果顯示出A區(qū)域中有大量突刺，沒有達(dá)標(biāo)。

圖4中的掃描使用跨區(qū)域A的準(zhǔn)峰值檢測(放大到59MHz)以獲得更精確的結(jié)果，并且跟在認(rèn)可的測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的官方測試結(jié)果更接近。

圖4 準(zhǔn)峰值測試顯示設(shè)備幾乎沒有幾次達(dá)標(biāo)，極有可能需要修改設(shè)計(jì)。

圖4顯示了峰值(綠色跡線)和準(zhǔn)峰值(黃色跡線)與極限標(biāo)準(zhǔn)對比的結(jié)果。在此示例中，設(shè)備超出容限標(biāo)準(zhǔn)的余量只有1.5dB，這可能不足以確保在正式測試中達(dá)標(biāo)。為了應(yīng)對預(yù)合規(guī)測試設(shè)置的不準(zhǔn)確性，最好有更多的余量，理想情況下，如果可以實(shí)現(xiàn)，至少需要6dB的余量。

在這種情況下，可能需要對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)修改以獲得更大的余量，然后才能送往EMC/EMI測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行正式的合規(guī)測試。

頻譜分析儀的一點(diǎn)建議

要進(jìn)行EMC/EMI預(yù)合規(guī)測試，所選擇的頻譜分析儀一定要配有支持準(zhǔn)峰值、峰值和平均值檢測的軟件，許多儀器都支持這一功能。在進(jìn)行合規(guī)性設(shè)計(jì)和測試時，所有這三項(xiàng)測試最好都要做，以確保對產(chǎn)品能否達(dá)標(biāo)有準(zhǔn)確的了解。