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如何嗅出EMC问题

通过帕特里克·柯伦|2015年5月2日

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通过Alan Lowne, Saelig Co. Inc.总裁

在将产品送往测试实验室进行电磁兼容问题之前,做一些初步研究是值得的。

一个相对较小的公司的工程师通常必须依靠经验和专业知识来设计与其他设备兼容的产品。许多设计师和制造商没有奢侈的自己的内部射频测试实验室,配备有昂贵的射频测试设备的防电磁干扰室。这就是为什么据估计超过50%的产品在第一次通过认可的EMC测试机构时不合格。失败是昂贵的。复试成本很高,复试可能会推迟项目进度和市场介绍日期。

然而,合规前测试现在已经变得更加经济。这种“早期嗅探”可以在修复变得昂贵之前提供对问题的良好了解。标准因国家而异,但美国通用的EMC法规在FCC Part 15中有描述,其子章节取决于产品是否是消费品。对于欧洲CE标志来说,EN55011是通用标准,而有些产品的要求甚至更严格。

为了避免通过排放标准的问题,自主研发的台架测试变得越来越必要。为了确保你的新产品符合EMI排放限制,预订一个经过批准、认证的测试机构是非常昂贵的。但如果你的产品失败了,必须回到试验台解决辐射问题,然后返回重新测试,那么成本就更高了。

near-field-sniffer

幸运的是,现在购买一个射频频谱分析仪和相关的近场探头或天线是相当便宜的,所以你可以在基本的EMC/EMI问题造成太大的破坏之前先了解一下。频谱分析仪现在是可以负担得起的——相当复杂的台式设备的价格在过去几年急剧下降。它们甚至可以以USB u盘的形式提供,可以连接到Windows电脑或平板电脑。

一套嗅探探头——看起来有点像给孩子们用的泡泡棒——可以迅速找到问题辐射源,并帮助判断修复方案是否成功。探头可以干扰被测场,在不需要的振荡器附近增加电容。经验将揭示这个EMI工具是多么有用和有价值。

其他有用的内部测试工具包括用于辐射发射和免疫测试的TEM(横向电磁)电池,以及用于直流供电设备的传导发射测试的线路阻抗稳定网络。经济的宽带放大器可以提高商用频谱分析仪或数字示波器的灵敏度,使用示波器的FFT频谱分析仪设置,但示波器通常灵敏度不够,无法提供很多有用的信息。

LISN——line-impedance-stabilization-network

屏蔽外壳——无论是台式金属箱还是快速安装的便携式电磁干扰帐篷——都能有效地隔绝环境辐射,而且在大多数公司的经济效益范围内。外壳结构采用多层导电银/铜/镍符合rohs标准的材料。这些便携式电磁干扰测试外壳为各种电磁干扰静音应用提供高的射频/电磁干扰衰减。在常用的蜂窝和Wi-Fi频率下,它们的平均屏蔽效能可达-98.9 dB。它们竖立得很快,而且是可折叠的。外部铝帐篷支架可以是固定框架或E-Z Up组件,所以它们可以在不使用时快速拆卸。

通常,内部或外部前厅是设计的一部分,以便人员可以在测试期间进出而不影响结果。帐篷的选择包括尺寸和方向,使用集成高性能滤波器的直通板连接器,可用于高达100a的交流电源配置,通信连接器包括GigE和USB 3.0,等等。帐篷甚至有自己的通风和空调,白色的防静电内衬,以及坚固的运动探测LED照明。

嗅探器探测
无论是在屏蔽帐篷内使用还是在工作台上使用,用于近场测试的小型嗅探探头可以帮助识别电磁干扰问题。使用手持的h场和e场探头,通常可以快速隔离电磁干扰发射源。近场磁场(h场)和电场(e场)探测器可以帮助解决电路布局、电缆和屏蔽等方面的辐射问题。h场探头使用一个导电环来检测由电路板信号或开关电源产生的磁场。探头产生的电压与环路前检测到的磁场相对应。

要在单个引脚或PCB迹线上找到排放物,请使用与电路迹线直接接触的e场探头。用一种以上尺寸的h场探头来评估发射可能是有用的。套件通常包括几种探针尺寸。

外壳和屏蔽罐上的开口会让排放物逸出,并在周围的金属外壳中造成电流流动。电磁干扰衬垫或坚固的焊接技术可以减少不良信号。您可以使用h场探针来比较外壳内部“前后”的场,或者测量由于连接器屏蔽不良,电缆从源接收到的射频能量。近场探头将有助于识别起辐射天线作用的电缆。位于电缆周围的电流探头可以测量可能导致不必要的辐射的共模电流。偶极子天线将揭示远场发射,对检查试验修复很有用。

修改布局或电路以消除不需要的散热器可能是具有挑战性的。提高电磁兼容性的典型方法包括改变时钟速度,减少上升时间和增加电容或电感进行滤波。明智地改变PCB布局也有助于EMC。通常的方法包括将迹线移动到子层而不是顶层或底层,加强接地方案,添加屏蔽罐,或将PCB重新设计为最外层有接地平面的多层板。

另一个有用的技术是使用低电磁干扰时钟振荡器。它的中心频率会缓慢移动1%左右。Euroquartz EQHM系列低电磁干扰振荡器就是一个例子。它们使用扩频技术用低频载波调制输出频率,将输出频率的峰值能量及其谐波分布到更宽的带宽,从而减少电磁干扰辐射。这可以消除许多昂贵的EMI保护辅助设备的需求,如PCB接地平面,金属屏蔽,铁氧体珠,射频垫片和EMI滤波器。

benchtop-spectrum-analyzer

屏蔽罐的缝隙也会造成不必要的排放。改变屏蔽配置或焊点可以减少辐射。可能会发现的典型问题包括旁路电容离集成电路太远,糟糕的电源和接地轨道允许振铃,以及屏蔽间隙。当射频发射从电力线发出时,在电源轨道中添加一个电感器或铁氧体珠可能是所有需要的。时钟线通常是另一个低频发射源,所以最好避免在外部层上长PCB时钟痕迹。

在你做了所有的功课之后,将不必要的排放保持在最小的范围内,产品就可以送到射频测试实验室,成功的概率很高,并保证你可能已经为你的公司节省了很多钱!

参考文献
Saelig有限公司有限公司
saelig.com

《华盛顿邮报》如何嗅出EMC问题第一次出现在模拟集成电路提示.


了下:模拟集成电路提示,技术+产品,电容器,过滤器(电气)EMI•COTS•噪声过滤器•屏蔽
标记:Saelig

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