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正确排查EMI问题的实用性技巧
发布时间:2025-09-24        浏览次数:40        返回列表
 许多公司必须在产品设计和测试方面花费大量的人力物力。坏消息是,即使采用了好的设计原理、选择了高质量的元件并且仔细地表征了产品,当进行一致性测试时,如果测试并不是所有阶段都进展顺利,那么EMI故障仍有可能影响到产品的发布日程。
 
通常公司为了避免这样的情景出现,会在设计和原型建立阶段做一些“预先的一致性”测量。更好的做法是在产品发出去做一致性测试之前就能够确定和修复潜在的EMI问题。
 
当然,大多数公司的实验室并不具备做绝对EMI测量所需的测试室条件。好消息是,无需复制测试室条件就确定和解决EMI问题是完全可行的。本文讨论的一些技术可以帮助你减少一个产品在测试室进行最终完整的EMC一致性评估时失败的风险。

在讨论排查技术之前,介绍一下EMI测试报告是很有必要的。乍一看,EMI报告似乎直接提供了有关特定频率点故障的信息,因此事情看起来很简单,就是使用报告中的数据确定设计中的哪个元件包含问题源频率,并特别加以注意,以便通过下一轮测试。然而,虽然许多测试条件在报告中是明确表示的,但一些需要考虑的重要事情可能并不那么明显。在审查设计并试图判断问题源时,理解测试室如何生成这种报告是很有帮助的。

对某些频率范围,CISPR测试要求提倡使用准峰值(QP)这种检测器类型,这将掩盖实际频率。通常EMI部门或外部实验室一开始是使用简单的峰值检测器执行扫描来发现问题区域的。但当所发现的信号超过或接近规定极限时,他们也执行准峰值测量。准峰值是EMI测量标准定义的一种方法,用来检测信号包络的加权峰值。它根据信号的持续时间和重复率对信号进行加权,以便对从广播角度看解释为“骚扰”的信号施加更多的权重。与不频发的脉冲相比,发生频率更高的信号将导致更高的准峰值测量结果。换句话说,问题信号发生的越频繁,问题信号的绝对幅度就越可能被准峰值测量所屏蔽。
 
好消息是,峰值和准峰值扫描对预先一致性测试来说仍然是有用的。图4给出了一个峰值和准峰值检测的例子。图中显示了峰值检测和准峰值检测中都能看到的脉宽为8μs、重复率为10ms的信号。结果准峰值的检测结果比峰值低了10.1dB。
需要记住的一个好规则是,准峰值检测值总是小于或等于峰值检测值,永远不会大于峰值检测值。因此你可以使用峰值检测来开展你的EMI排查和诊断。你不需要达到与EMI部门或实验室扫描同等程度的精度,因为测量都是相对值。如果你的实验室报告中的准峰值检测值表明,设计超过了3dB,峰值检测值超过了 6dB,那么你就知道你需要的修复工作是将信号减小3dB或更多。
 
测试室为出EMI报告而开展的扫描通常是在特殊条件下进行的,你的公司实验室也许无法复制这些条件。举例来说,待测设备(DUT)可能放在一个转盘上,以便于从多个角度收集信号。这种方位角信息是很有用的,因为它能指示问题发生的DUT区域。或者EMI测试室可能在校准过的射频房内开展他们的测量,并报告作为强场的测量结果。
 
幸运的是,你并不需要完全复制测试室的条件才能排查EMI测试故障。与在高度受控的EMI测试线上执行的绝对测量不同,可以使用测试报告中的信息、深入理解用于产生报告的测量技术以及对待测设备周边的相对观察以隔离问题源并估计纠正有效性来开展问题的排查工作。
现在是把我们的目光专注到有害的EMI源上面的时候了。当我们从EMI的角度看任何一款产品时,整个设计可以被看作是能量源和天线的一个集合。EMI问题的常见(但绝不是唯一)源包括:
 
电源滤波器
 
地阻抗
 
没有足够的信号返回
 
LCD辐射
 
元件寄生参数
 
电缆屏蔽不良开关电源(DC/DC转换器)
 
内部耦合问题
 
金属外壳中的静电放电
 
不连续的返回路径
 
为了确定一块特定电路板上的能量源以及位于特定EMI问题中心的天线,你需要检查被观察信号的周期。信号的射频频率是多少?是脉冲式的还是连续的?这些信号特征可以使用基本的频谱分析仪进行监视。
 
你还需要查看巧合性。待测设备(DUT)上的哪个信号与EMI事件是同时发生的?一般常见的做法是用示波器探测DUT上的电气信号。检查EMI问题与电气事件的巧合性无疑是EMI排查中最耗时间的工作。过去,将来自频谱分析仪和示波器的信息以同步方式关联在一起一直是很难做的一件事。
 
然而,混合域示波器(MDO)的推出使情况有了改观,它能提供同步的而且与时间相关联的观察和测量功能。
用近场探测开展相对测量
 
虽然一致性测试过程设计用于产生绝对的校准过的测量,但排查工作很大程度上可以使用从待测设备发生的电磁场的相对测量方法。更有甚者,你可以使用MDO的频谱分析仪功能和射频通道探测近场中的波阻行为,从而找出能量源来。与此同时,你可以用示波器某个模拟通道上的无源探针探测信号,以便发现与射频关联的信号。
 
不过首先你得了解一些有关待探测的电磁场区的一些背景知识。图7显示了处于近场和远场中的波阻行为以及两者之间的过渡区。从图中可以看到,在近场区中,场的范围可以从占主导地位的磁场到占主导地位的电场。在近场中,非辐射行为是主导的,因此波阻取决于源的性质和距源的距离。而在远场中,阻抗是固定不变的,测量不仅取决于在近场中可观察到的活动,而且取决于天线增益和测试条件等其它因素。

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