產(chǎn)品必須符合EMC(電磁兼容)要求,，歐洲規(guī)定：銷售違反電磁兼容法令(89/336/EEC)的產(chǎn)品將面臨高額罰款，因此,，商家越來越重視產(chǎn)品的電磁兼容性問題,，為了降低成本，要根據(jù)公司需求和規(guī)模的不同,，組建一個EMC實驗室,，本文介紹建設(shè)公司內(nèi)部EMC測試設(shè)備的優(yōu)點、缺點和方法,。
組建一個電磁兼容實驗室的最小需求取決于公司的需要和財務(wù)狀況,。通常，公司將力求節(jié)省經(jīng)費(在設(shè)備和人力資源兩方面),，并盡 量降低風(fēng)險。但有一點必須明白,，世界上不會有“低成本,、低風(fēng)險和低EMC技術(shù)”這樣的好事。工程師必須掌握高度的技巧,，才可能設(shè)計出具有相當(dāng)性能的低成本 設(shè)備,。精度越低的產(chǎn)品，其風(fēng)險也會越高,。
在組建一個公司內(nèi)部EMC實驗室時,，無論其規(guī)模大小如何，都必須遵從一些最起碼的指導(dǎo)原則,。首先,，建成EMC實驗室的房間 或地方必須潔凈，沒有無關(guān)物品,，完全專用于EMC測量,。只要條件許可，絕對需要一個由金屬制成并可靠連接大地的地參考平面,；如果條件不允許(如房間不在第 一層),，至少應(yīng)該接保護地系統(tǒng)。實驗室內(nèi)的所有金屬物體必須可靠接地或予以清除,。電源系統(tǒng)必須“凈化”(在電源進入EMC實驗室之前的某處正確接入線濾波 器),。
EMC測試設(shè)備的配置
1) 傳導(dǎo)發(fā)射測試---需要一臺頻譜分析儀(或EMI接收器)、電纜和LISN(線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò),，手工制作或外購),，如果可能的話，還應(yīng)該有一個屏蔽房間(最起碼有一個屏蔽帳篷)和一張距地面80cm的絕緣桌,。
2) 輻射發(fā)射測試---需要同樣的頻譜分析儀或EMI接收器,、一副天線、電纜和OATS(開放區(qū)域測試場地或(半)電波暗室),；為測量干擾功率而制作或外購的吸收鉗,。
3) 諧波測試(與閃爍測試)---如果要進行完全兼容測試，則需要專用設(shè)備(專用諧波分析儀),；但如果僅為評估的話,，一臺便攜式諧波分析儀甚至一臺能進行FFT評估的示波器就足夠了。
4) ESD(靜電釋放)抗擾度測試---只有ESD槍才能可靠評估該項測試的結(jié)果,。
5)
輻射電磁場抗擾度測試---需要與輻射發(fā)射測試類似的設(shè)備，此外還需要信號發(fā)生器、放大器,、衰減器,、場強儀，可能還需要一臺計算機,。
6) 傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試---需要的設(shè)備與1)和5)類似,，另外再加上CND(異種耦合解耦網(wǎng)絡(luò))，但不需要天線,。
7) 電快速瞬變(EFT/Burst)抗擾度測試,。
8) 浪涌抗擾度測試。
9) 電源頻率磁場抗擾度測試,。
10) 電壓驟降,、短時中斷與電壓變化抗擾度測試。
從7) 到10)的最后四項測試需要專用設(shè)備,，這些設(shè)備可從多個廠商買到,。
值得注意的是，測量設(shè)備的制造商和經(jīng)銷商通常提供執(zhí)行不同測試的包裝和(或)全套裝置,，以及有關(guān)如何按照最新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行這些測試的指導(dǎo)甚至培訓(xùn),。請向最近的當(dāng)?shù)劁N售代表查詢設(shè)備的性能和功用。大部分情況下,，設(shè)備都有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需求預(yù)設(shè)的測試程序,，請首先閱讀說明手冊。
公司內(nèi)部預(yù)兼容測試
預(yù)兼容測試并無定義,，但最起碼我們有理由假定測試必須在盡可能接近標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下進行,。
1) 傳導(dǎo)發(fā)射的測試
多年來，電子產(chǎn)品制造商遇到的最困難的問題可能就是在傳導(dǎo)發(fā)射方面,，因此本文首先就此進行討論,。傳導(dǎo)發(fā)射的測試裝置如圖1所示。
這個裝置是根據(jù)CISPR 22 (EN 55022)組建的,，而且使用的設(shè)備必須符合CISPR 16-1的要求,。該裝置主要包括：EUT(被測設(shè)備)，如果它是臺式的,，必須安放在一個距地面80cm高的絕緣桌上,；輔助設(shè)備(外設(shè))，按正常使用方式連 接,，未使用的輸入和輸出必須正確端接,，多余的電纜必須截短，或繞成直徑30~40cm的一卷,。頻譜分析儀(或EMI接收器) 在0.15~30 MHz的頻率范圍內(nèi)必須具有9kHz的分辨率帶寬(RBW),。測量過程在CISPR 16-1和產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中有詳細描述,，如果正確執(zhí)行，其結(jié)果與第三方實驗室的測試將不會有太大出入,。
2) 干擾功率測試
干擾功率測試(30~300 MHz)方法與1)有點類似,，但此時信號將來自吸收鉗(而非LISN)。CISPR 16-1和產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)詳細介紹了測試裝置,。概括地說,，就是將吸收鉗放置在被測電纜(干線、直流,、音頻/視頻)周圍，并沿著一根6m長線移動,，以查找每個 頻率點上的最大發(fā)射值,。
輻射發(fā)射測試裝置如圖2所示。
雖然這項測試看起來似乎要比前一項測試復(fù)雜一些,，但實際上并不特別困難。由圖可見,，EUT被安放在一張絕緣桌面的轉(zhuǎn)臺上,，距 地面80cm，以便在測試過程中通過轉(zhuǎn)動EUT來找出最大發(fā)射值,。天線安裝在天線竿上,，并可在1～4m之間移動，目的同樣是為了找出最大發(fā)射值,。EUT與 天線中心(上有標(biāo)記)的距離為3m或10m,。接收器裝置同樣按照CISPR 16-1制作，在30~1000 MHz的接收范圍內(nèi)其分辨率帶寬必須為120kHz,。針對輻射發(fā)射測量,，接收器可能有一個設(shè)定。
對于上述的所有測量,，需要注意在評估結(jié)果時必須將一些修正因子納入考慮,。首先，對于所有測量裝置,，±4dB為接受的不確定區(qū)間,，這一點在CISPR 16-1的附錄L中有所闡述。其次,，電纜衰減和連接器衰減也必須予以考慮,。但是除此之外，還有更多因素必須予以考慮,。
對于傳導(dǎo)發(fā)射,，必須考慮LISN的阻抗偏差及其容限,。不過，它的最大誤差只有2～4dB,。吸收鉗的情況就不一樣了,，其衰減在14～22dB之間，平均17dB,。
輻射發(fā)射測試中的因子最大,，其NSA(歸一化位置衰減)為-24～24dB。在這種情況下,，無法進行任何近似,，而且在執(zhí)行測試時還必須使用天線因子。此外,，根據(jù)設(shè)計實踐經(jīng)驗,，在將產(chǎn)品送往第三方實驗室進行測試之前，還應(yīng)當(dāng)額外預(yù)留6dB的設(shè)計余量,。
3) 諧波和閃爍測試
諧波和閃爍測試沒有環(huán)境方面的要求,。只需將EUT連接到諧波分析儀的電源入口，并根據(jù)廠商的說明和標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行測試即可,。 同樣,，測試設(shè)備將包含一些已有的設(shè)置，但工程師必須確保這些測試設(shè)置符合自己產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求,。如果評估時使用其他方法(如便攜式電源諧波分析儀),，請仔細 閱讀標(biāo)準(zhǔn)要求，然后再評估測量結(jié)果,。
4) ESD抗擾度測試
ESD抗擾度測試對于大型設(shè)備可能并不是很重要,。但在今天這個各種產(chǎn)品普遍小型化的時代，ESD測試已成為大部分設(shè)備的“關(guān)鍵”EMC測試之一,，例如對便攜式計算器,、MP3和MD播放器、USB存儲棒,、音頻設(shè)備等等,。其測試裝置如圖3所示。
由圖可見,，EUT仍然安放在一張絕緣桌上,，位于HCP(水平耦合平面，由一種金屬傳導(dǎo)材料制成)上,，并通過一個絕緣抗靜電襯 墊與其隔離,。VCP(垂直耦合平面)和HCP分別連接到地參考平面，每個連接端各使用一只470 kΩ的電阻,。對于EUT的每個側(cè)面和VCP,、HCP,，以及EUT上每個用手能觸摸到的金屬表面，分別使用鋒利尖端進行接觸放電(直接放電),，通常每個極性 5次,。對于機箱的所有塑料部分，則利用圓形尖端進行空氣放電(間接放電),。
5) 輻射電磁場抗擾度的測試
輻射電磁場抗擾度的測試裝置與輻射發(fā)射測試非常類似,，但是在這項測試中，信號發(fā)生器和功率放大器將饋送給天線,，以便在EUT附近產(chǎn)生“均勻電磁場”(±6dB)(在頻率范圍80~1000
MHz,、AM,、1kHz、80％調(diào)制深度下為3V/m或10V/m),。需要注意的是，不同產(chǎn)品的頻率范圍也不相同,。
6) 傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試
傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試的目的是在EUT端口輸入建立3V電平(有效值,，150 kHz~230 MHz、AM,、1kHz,、80%調(diào)制深度)。信號發(fā)生器和功率放大器必須提供足夠的功率,，以便CDN能將信號耦合到被測線,。由于測試項目3)、7),、 8),、9)、10)使用的是高度專業(yè)化的設(shè)備,，如果實驗室中有這些設(shè)備,，工程師無需太多操作，只要正確連接EUT就可以了,，最重要的任務(wù)是監(jiān)控EUT的工 作方式,。
如何進行近場測試
本文前面的介紹部分講過，近場測試非常適合產(chǎn)品開發(fā)階段,。在這個階段,，標(biāo)準(zhǔn)測試方法或許能給出精確的結(jié)果，但卻無法顯示問題 的來源所在,。在挑選元件時,，有些控制器芯片的輻射要比其他芯片低40dB,，或具有更高的抗擾度。即使在產(chǎn)品開發(fā)完成,，執(zhí)行兼容測試未通過之后,，標(biāo)準(zhǔn)測試方 法也幾乎無法給出有關(guān)問題來源的任何信息。在印制板一級,，工程師們使用近場測試探針進行測量,，也可能使用缺陷檢測器等。然而另一方面也必須了解,，近場測試 探針(幾乎)不能給出有關(guān)設(shè)備傳導(dǎo)或輻射水平的任何信息,，其誤差為20～40dB。但近場測試探針可以保證一點：每次使用時,，其測量結(jié)果總要好于前述的各 種測量,。為了通過近場測試探針大致了解產(chǎn)品是否能通過EMC測試，需要在已經(jīng)確知結(jié)果的樣品上進行多次嘗試,。
圖4(a)和(b)是一些磁場探針,、電場探針和一根管腳探針的例子。它們的優(yōu)點是容易制作,，外購也相當(dāng)便宜,。它們都使用50Ω的電纜，并連接到一臺(廉價的)頻譜分析儀,。
近場探針用來拾取電磁場的全部兩個分量,。雖然市場上有一些非常靈敏的電磁場場強儀，但電磁場的近場場強并不太容易測量,。它們無法給出輻射噪聲頻率成分的任何信息,，但可以方便地指出“問題分量”。近場探針在連接到頻譜分析儀時,，還可給出頻率成分信息,。
磁場探針提供一個與磁射頻(RF)場強成比例的輸出電壓。利用這個探針很容易找到電路的射頻源,。不過,，磁場的場強隨距離迅速 變化(成三次方關(guān)系)。另外,，探針的方向至關(guān)重要,，因為磁場方向一定是垂直于磁環(huán)路的。前面已經(jīng)指出,，探針將不會給出太多的量化信息,，但對于某個元件 (IC、開關(guān)三極管等),，隨著探針距離元件越來越近,，探針的電壓輸出也將增大,。即使周圍有許多元件，通過研究原理圖,，設(shè)計者也可以很容易地辨認出噪聲源,。 如果工程師決定更換元件，他將很容易測量出更換后的結(jié)果,，這使得在開始時就選擇可靠的元件成為可能,。
管腳探針允許直接在IC管腳或PCB的細導(dǎo)線上鑒別噪聲電壓,。還能方便地判斷濾波器的效果，盡管只是一種定性的判斷,。管腳探針可以在濾波器的前,、后分別進行接觸測量，并觀察其效果情況,。但工程師必須正確估計接觸電容,，并選擇電容較小的探針(不大于10pF)。
電場探針可拾取共模電壓和需要的信號,。共模電壓是輻射電壓的一個重要來源,。此外，磁場探針無法拾取電場,?？梢宰C明,，使用全部三種探針是有益和省時的,。
本文小結(jié)
本文介紹了擁有公司內(nèi)部EMC測試設(shè)備的優(yōu)點和缺點?？傮w而言,，除了設(shè)備成本、占用空間,，以及可能的人員培訓(xùn)這些投入之外,， 擁有EMC能力并沒有什么不利。無論如何,，EMC技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中必不可少,，公司必須以某種方式進行這方面的投資(如依靠第三方咨詢公司的服務(wù))，忽視它 的代價將是高昂的,。