在世界各地，幾乎所有的政府都試圖控制來自其國家生產的電子產品的有害電磁干擾（EMI）（見圖1）。非常具體的規則和法規涵蓋了電子產品的設計，以便為用戶提供一定程度的保護和安全。

當然，這是一件好事。但這確實意味著公司必須在產品設計和測試上花費大量的時間和精力，以最大限度地減少其EMI特征并通過官方EMI認證測試。壞消息是，即使在采用良好的設計原則，選擇高質量的組件并仔細表征產品之后，當需要進行一致性測試時，如果測試在所有階段都不順利，EMI故障仍然會給發布計劃帶來重大的麻煩。

通常，公司試圖通過在設計和原型設計階段執行“預合規”測量來保護自己免受這種情況的影響。在將產品送出進行一致性測試之前，最好識別和修復潛在的EMI問題。

當然，大多數公司的實驗室不包含進行絕對EMI測量所需的測試室條件。好消息是，在不重復測試室條件的情況下識別和解決EMI問題是完全可行的。本文討論了一些技術，您可以使用這些技術來降低產品在測試機構未通過最終的 EMC 一致性評估的風險。它還包括一個確定信號特性和重合的示例，以便對EMI發射源進行歸零。

圖 1：構成信號的電壓和電流的變化會導致電場和磁場。

了解 EMI 報告
在深入研究故障排除技術之前，了解一下 EMI 測試報告會很有用。乍一看，EMI報告似乎提供了有關特定頻率故障的直接信息。使用報告數據來識別設計的哪個組件包含有問題的源頻率并應用一些衰減以在下次通過時通過測試，這看起來可能很簡單。然而，雖然許多測試條件在報告中都明確了，但一些需要考慮的重要事情可能并不那么明顯。在篩選設計以嘗試確定問題的根源之前，它可以幫助了解測試公司如何生成報告。

考慮圖2中的EMI測試報告，其中顯示了90 MHz左右的故障。

圖 2：此 EMI 測試報告顯示 90 MHz 左右時出現故障。

相應的表格數據報告（如圖3所示）詳細說明了測試頻率、測量幅度、校準校正因子和調整的場強的值。調整后的場強在下一列中與規格進行比較，以確定最右邊一列中顯示的邊距或過量。

在顯示的邊距列中，您可以看到有一個峰值高于此特定標準的限值，為88.7291 MHz，與規格的邊距差為-2.3。

圖 3：此表格數據對應于圖 2。它顯示88.7291 MHz的故障，但有一些因素使它懷疑這是確切的頻率。

你完成了，對吧？沒那么快。不要讓所有這些數字引導你相信這是EMI來源的問題的精確頻率。事實上，測試報告中給出的頻率不太可能恰好是源的頻率。根據特別國際無線電干擾委員會（CISPR）的說法，在進行輻射發射測試時，必須根據頻率范圍使用不同的測試方法。每個范圍都需要特定的分辨率帶寬濾波器和檢測器類型，如表1所示。濾波器帶寬決定了解析確切的興趣頻率的能力;這意味著頻率范圍在它們對違規源的磨練程度上有所不同。

表 1 ： CISPR 測試要求隨頻率范圍和沖擊頻率分辨率而變化。

這里需要注意的是，對于某些頻率范圍，CISPR測試要求要求使用檢測器類型-準峰值（QP），這可能會掩蓋實際頻率。通常，EMI部門或外部實驗室通過使用簡單的峰值探測器來查找問題區域來執行ascan來開始測試。但對于發現的超過或接近指定限值的信號，它們也可以執行QP測量。QP是EMI測量標準定義的一種方法，用于檢測信號包絡的加權峰值。它根據信號的持續時間和重復速率對信號進行加權，以便更多地強調從廣播角度來看可能被解釋為“煩人”的信號。更頻繁地出現的信號將導致比不頻繁的脈沖更高的QP測量。換句話說，當問題信號更頻繁地發生時，風險信號的絕對幅度可能會被QP測量所掩蓋。

這里的好消息是，峰值和準峰值掃描對于預一致性測試仍然有用。峰和QP檢測的示例如圖4所示。在這里，在峰值和QP檢測中都可以看到具有8 μs脈沖寬度和10 ms重復速率的信號。得到的 QP 值比峰值低 10.1 dB。

圖 4：峰值檢測和準峰值檢測的比較。

要記住的一個好規則是，QP值將始終小于等于峰值檢測值，永遠不會大于峰值檢測值。因此，您可以使用峰值檢測來執行 EMI 故障排除和診斷。您不需要精確到與EMI部門或實驗室掃描相同的程度，因為測量都是相對的。如果 labre 報告中的 QP 值顯示設計超過 3 dB，而峰值檢測值為 6 dB 以上，那么您就知道需要實施將信號降低 3 dB 或更高的修復。

測試機構通常會對EMI報告進行掃描，這些條件是公司實驗室可能無法復制的特殊條件。例如，被測設備（DUT）可以放置在轉盤上，可以從多個角度收集信息。這種方位角信息非常有用，因為它將指示問題發出的DUT區域?；蛘撸珽MI測試室可能會在經過校準的RF室中進行測量，并將結果報告為場強的測量。

幸運的是，您不需要重復測試室條件來排除EMI測試故障。與其使用在高度受控的EMI測試設施中執行的絕對測量，不如使用測試報告中的信息進行故障排除，充分了解用于生成報告的測量技術，以及圍繞DUT隔離源的相對觀察并衡量補救措施的有效性。

尋找 EMI 輻射 – 從哪里開始？
現在是時候繼續關注不需要的EMI源了。當我們從EMI的角度來看任何產品時，整個設計可以被認為是能量源和天線的集合。EMI問題的常見（但絕不是唯一）來源包括：

• 電源濾波器
• 接地阻抗
• 信號返回不足
• 液晶屏發射
• 組件寄生效應
• 電纜屏蔽不良
• 開關電源（直流/直流轉換器）
• 內部耦合問題
• 金屬化外殼中的靜電放電
• 不連續的返回路徑

要確定特定電路板上的能量來源以及特定EMI問題的核心能量來源，您需要檢查觀察到的信號的周期性。信號的射頻頻率是多少？它是脈沖式還是連續式？可以使用基本頻譜分析儀監控這些信號特性

你還需要看看巧合。與EMI事件一起在凹凸節上發出什么信號？通常的做法是使用檢波器來探測 DUT 上的電信號。檢查電氣事件引起的EMI問題可以說是EMI故障排除中最耗時的過程。過去，很難以同步方式關聯來自頻譜分析儀和螺旋儀的信息。

然而，混合域示波器（MDO）的引入通過提供同步的時間相關視圖和測量改變了這一點。該儀器如圖5所示，簡化了EM故障發射過程，使其相對容易地看到哪些信號與哪個EMI事件有關。

圖 5：混合域示波器 （MDO） 將頻譜分析儀、示波器和邏輯分析儀組合在一個單元中，可從所有三個儀器中產生同步的時間相關測量。此處顯示的是泰克 MDO4000B。

MDO將混合信號示波器的功能與長程分析儀相結合。通過這種組合，您可以自動顯示和觸發模擬信號特性、數字定時、總線事務以及RF。一些MDO還具有獲取或查看頻譜和時域跡線的能力，包括RF幅度與時間的關系，RF相位與時間的關系以及RF頻率與時間的關系。時間。RF幅度與時間走線如圖6所示。

圖 6：這顯示了 MDO 的時間相關視圖，其中包含 RF 幅度與時間跡線的關系。

使用近場探測進行相對測量
雖然合規性測試程序旨在產生絕對的校準測量，但可以使用來自DUT的電磁場的相對測量來對大部分進行故障排除。特別是，您可以使用MDO的光譜分析儀功能和RF通道，通過探測近場中波阻抗的行為來歸零能量源。在執行此操作的同時，在示波器的一個模擬通道上使用無源探頭探測信號，以發現與RF相關的信號。

不過，首先，它有助于了解將要探測的電磁場區域的一些背景。圖7顯示了近場和遠場中波阻抗的行為，以及它們之間的轉換區域。您可以看到，在近場區域中，磁場的范圍可以從主要磁性到主要電。在近場中，非輻射行為占主導地位，波阻取決于光源的性質和距離。在遠場中，阻抗是恒定的，測量不僅取決于在近場中可觀察到的活動，還取決于天線增益和測試條件等其他因素。

圖 7：這顯示了近場和遠場中波阻抗的行為，以及它們之間的過渡區。近場測量是用于EMI故障排除的測量。

近場測量是用于EMI故障排除的測量，因為它們允許您精確定位能量來源，而無需在測試現場的特定條件。但是，一致性測試在遠場進行，而不是在近場進行。您通常不會使用遠場，因為它因太多變量而變得復雜：遠場信號的強度不僅取決于源的強度，還取決于輻射機制以及任何可能到位的屏蔽器濾波。根據經驗，請記住，如果您能夠在遠場中觀察到信號，那么您應該能夠在近場中看到相同的信號。（但是，有可能在近場中觀察到信號，而在遠場看不到相同的信號。

近場探頭本質上是設計為局部磁（H場）或電（E場）變化的天線。通常，近場探頭不附帶校準數據，因此它們用于進行相對測量。如果您不熟悉用于測量H場和E場變化的探頭，它有助于了解近場探頭設計和最佳用途：

H場（磁）探頭具有獨特的環設計，如圖8所示。重要的是，H場探頭的方向是，環路的平面與被評估的導體一致，從而定位環路，使磁通量的磁場線通過它。

圖 8：將 H 場探頭與電流對齊，使磁場線穿過環路。

環路的大小決定了靈敏度和測量面積，因此在使用這些類型的探頭時必須小心以隔離能量源。近場探頭套件通常包括不同環路尺寸的弧形，因此您可以使用漸進式旋轉器環路尺寸來縮小測量區域。

H場探頭對于識別具有相對較高電流的來源非常有用，例如：

• 低阻抗節點和電路
• 傳輸線
• 電源
• 端接電線和電纜

電場（電）探頭用作小單極天體，對電場或電壓變化做出響應。使用這些類型的探頭時，保持探頭垂直于測量平面非常重要，如圖9所示。

圖 9：將 E 場探頭垂直于導體放置以觀察電場。

在實踐中，E-field探頭非常適合在非常小的區域上歸零，并識別電壓相對較高的源以及沒有終端的源，例如：

• 高阻抗節點和電路
• 未端接的印刷電路板走線
• 電纜

在低頻下，系統中的電路節點阻抗可能會有很大差異。需要了解電路或實驗知識才能確定H場或E場探頭是否能提供最靈敏的靈敏度。在較高的頻率下，這些差異可能是戲劇性的。在所有情況下，進行重復的相對測量都很重要，這樣您就可以確信所實施的任何變化的近場發射結果都能得到準確表示。最重要的考慮因素是，對于每個實驗變化，近場探頭的位置和方向要保持一致。

追蹤EMI發射源
在此示例中，對小型微控制器的EMI掃描表明，似乎以144MHz為中心的寬帶信號存在超限故障。使用MDO的頻譜分析儀功能，第一步是將H場探頭連接到RF輸入，以使用相對近場測量來定位能量源。

如上所述，H場探頭的方向很重要，這樣環路的平面與被評估的導體一致。在PCB周圍移動H場探頭，可以定位能量源。通過逐步選擇更窄的孔徑探頭，您可以將搜索集中在較小的區域。

一旦找到表觀能量源，RF幅度。時間跡線如圖10所示，繪制了跨度內所有信號的集成功率對流時間。使用此跡線，可以清楚地看到顯示屏中的大脈沖。在記錄長度上移動頻譜時間，很明顯EMI事件（即以140 MHz為中心的寬帶信號）直接對應于大脈沖。為了穩定測量，請打開RF功率觸發器，然后增加記錄長度以確定RF脈沖發生的頻率。要測量脈沖重復周期，請啟用測量標記并直接確定周期。

圖 10：MDO 的 RF 幅度與時間走線的關系（上圖）顯示了 140 MHz 時的微弱脈沖。頻譜顯示（底部圖）顯示其頻率內容。

積極識別EMI源的下一步是利用MDO的示波器部分。保持相同的設置，打開示波器的通道1，然后瀏覽PCB，尋找與EMI事件重合的信號源。

在用示波器探頭瀏覽信號一段時間后，發現了圖11中的信號：在本例中為電源濾波器。在顯示屏上可以清楚地看到，連接到示波器通道1的信號與EMI事件直接相關?，F在，可以制定EM修復計劃，并在嘗試認證測試之前糾正問題。

圖 11：在示波器的一個模擬通道上使用無源探頭可發現與 RF 相關的信號。

結論
EMI 一致性測試失敗會使產品開發進度面臨風險。但是，預一致性測試可以幫助您在達到該階段之前解決EMI問題。您無需在高度受控的EMI測試設施中進行絕對測量，而是可以使用EMI測試報告中的信息進行相關的觀察，這些觀察結果可用于隔離源并衡量修復效果。

有效的EMI故障排除通常涉及近場探測以查找相對較高的電磁場，確定其特性，并使用混合域示波器將場活動與電路活動相關聯以確定EMI源。此處概述的故障排除技術可以有效地幫助您隔離有問題的能源，以便您可以在提交設計以進行EMI認證之前對其進行補救。