排查EMI问题的实用性技巧

从哪里开始发现EMI辐射？

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。如图5所示的这种仪器能够相当容易地让我们观察哪个信号与哪个EMI事件同时发生，从而可以简化EMI排查过程。


图5：混合域示波器(MDO)将频谱分析仪、示波器和逻辑分析仪组合在一台仪表内，可以从全部三台仪器中产生同步的而且与时间关联的测量结果。图中显示的是泰克公司的MDO4000B。

MDO将混合信号示波器的功能和频谱分析仪的功能整合在一起。借助这种组合，你能够自动显示模拟信号特征、数字时序、总线事务以及射频并在这些信息基础上实现触发。一些MDO还能捕获或观察频谱和时域轨迹，包括射频幅度对时间、射频相位对时间以及射频频率对时间的关系曲线。射频幅度与时间轨迹如图6所示。


图6：这张图显示了MDO提供的时间关联观察功能，图中显示了射频幅度与时间的关系轨迹。

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。


图7：这张图显示了近场和远场中的波阻行为以及两者之间的过渡区。近场测量可用于EMI排查。

近场测量是可用于EMI排查的一种测量，因为它不要求测试站点提供专门的条件就能让你查出能量源。然而，一致性测试是在远场中进行的，而不是近场。你通常不会使用远场，因为有太多的变量让它变得复杂起来：远场信号的强度不仅取决于源的强度，而且取决于辐射机制以及可能采取的屏蔽或滤波措施。根据经验需要记住，如果你能观察远场中的信号，那么应该能看到近场中的相同信号。(然而，能观察到近场中的信号而看不到远场中的相同信号是很可能的)

近场探针实际上就是设计用于拾取磁场(H场)或电场(E场)变化的天线。一般来说，近场探针没有校准数据，因此它们适合用于相对测量。如果你对用于测量H场和E场变化的探针不熟悉，那么最好了解一些近场探针设计和最佳使用方法：

H场(磁场)探针具有独特的环路设计，如图8所示。重要的是，H场探针的方向是有利于环路平面与待测导体保持一致的，这样布置的环路可以使磁通量线直接穿过环路。


图8：将H场探针与电流流向保持一致可以使磁场线直接穿过环路。

环路大小决定了灵敏度以及测量面积，因此在使用这类探针隔离能量源时必须十分小心。近场探针套件通常包含许多不同的环路大小，以便你使用逐渐减小的环路尺寸来缩小测量面积。

H场探针在识别具有相对大电流的源时非常有用，比如：

●低阻抗节点和电路

●传输线

●电源

●端接导线和电缆

E场(电场)探针用作小型单极天线，并响应电场或电压的变化。在使用这类探针时，重要的是你要保持探针垂直于测量平面，如图9所示。


图9：将E场探针垂直于导体放置以便观察电场。

在实际应用中，E场探针最适合查找非常小的区域，并识别具有相对高电压的源以及没有端接的源，比如：

●高阻抗节点和电路

●未端接的PCB走线

●电缆

在低频段，系统中的电路节点阻抗可能变化很大；此时要求一定的电路或实验知识，以确定H场或E场能否提供最高的灵敏度。在较高频段，这些区别可能非常显著。在所有情况下，开展重复性的相对测量很重要，这样你就能肯定因为实现的任何变化引起的近场辐射结果能被精确再现。最重要的是，每次试验改变时近场探针的布局和方面要保持一致。