EMI輻射測試對於新產品推向市場至關重要。大多數電氣和電子產品都要求合規測試,而且必須在(政府機構或業界)認可的測試實驗室中進行,這種測試的成本可能很昂貴,尤其是在產品沒有通過測試的情況下,測試不達標可能導致產品上市時間推遲,以及成本超支。

為了盡可能地減少在合規性測試之前往返測試實驗室的行程次數,可以先自己測量產品的EMI輻射。這不僅會提高一次性通過輻射合規測試的機率,還可以儘早發現潛在的問題,而不必等到最後一分鐘才發現必須對產品進行重新設計,且可以使用頻譜分析儀或EMI接收機進行多項測量。

準峰值、峰值和平均值

在預合規測試中,可以掃描所測量產品的雜訊,並將其與適當的法規標準指標進行比較,所採用的法規標準取決於所測試設備的使用區域和類別。在美國,這一標準是針對商用設備的FCC第15部分規範,還有許多其他產業特定的標準,例如針對汽車和軍用產品的標準,這些標準還規定了如何測量雜訊。大多數商業標準使用CISPR 16-1所定義的三種主要檢測方法:峰值、準峰值和平均值,來自眾多供應商的台式和USB頻譜分析儀和EMI接收器都具有這種測量功能。

顧名思義,峰值檢測保留了發射訊號中每個諧波的峰值,以表示最壞的情況。平均檢測提供整個週期內每個訊號分量的平均幅度,而準峰值檢測則是根據每個訊號分量的重複率對其加權:重複率越高,給予該分量的權重越高。

從圖1可以看出兩個相似脈衝訊號的三種探測器輸出回應,其中頂端的回應具有更高的重複率。請注意,準峰值檢測器具有更高的電壓輸出。

20190129TA31P1 圖1 準峰值檢測器在某訊號分量更頻繁發生時會產生更高的電壓輸出。

在預合規測試中,要想快速執行EMI掃描,應該從峰值檢測開始,並將檢測結果與已經公佈的準峰值標準限值進行比較。如果設計達到了準峰值標準,而且有不小的餘量(比如6dB或更多),那麼產品通過合規性測試的可能性就比較大,準峰值測試可能都不需要了。但是,如果產品剛剛通過峰值檢測,建議還是要進行準峰值測試,這與合規性測試中使用的方法相同,將有助於確定潛在的問題所在。

預合規測試

除非願意再測試環境和設備上花費大量金錢,否則不太可能在自己的場所營造跟合規性實驗室完全相同的測試環境。但是,透過一些低成本設備的投資,仍然可以提高一次性通過EMI合規測試的概率。

理想的測試場所是在沒有無線電訊號的環境中,遠離蜂巢網路、基地台、廣播電台或任何其他周圍環境訊號,一個建議是在一個外部地點(比如一個大型的空曠倉庫)安裝輻射干擾測試設備。理想的設置應避免帶有隱藏金屬線束或物體的牆壁,因為金屬物體會產生反射,可能使某些有缺陷的頻率無效和/或放大一些「通過的」頻率。要減少這些反射可能花費昂貴,因為需要吸收這些輻射訊號以防止反射,許多工程師會使用鐵絲網來建造一個遮罩室,至少可以減少外部訊號的影響。除頻譜分析儀外,可能還需要配置天線、三腳架和放大器,這取決於預算多少,有很多種天線可以購買,但如果預算特別不寬裕,也可以選擇使用DTV天線,或使用PCB製作一個天線。還需要一張良好絕緣的桌子、一個隔離變壓器,和線路阻抗穩定網路(LISN),圖2顯示使用USB即時頻譜分析儀的典型輻射測試設置。

20190129TA31P2 *圖2 輻射干擾測試裝置包括天線、頻譜分析儀、隔離桌、LISN,也可能帶前置放大器。

首先掃描周圍環境,同時將設備保持在原位但關閉電源。第一次輻射干擾掃描應使用峰值檢測,因為它速度快,可以快速而全面地瞭解雜訊幅度與容限標準的差距,並知道哪些頻率可能出問題。

圖3表示環境追蹤和第一次峰值掃描與FCC第15部分A類限定標準的對比,最高頻率達到960MHz,環境雜訊是藍綠色跡線,峰值掃描是黃色跡線。下方的表顯示了峰值掃描與限定標準的對比結果,可以看出,結果顯示A區域中存在大量突刺,這就說明沒有達標。

20190129TA31P3 圖3 這些結果顯示出A區域中有大量突刺,沒有達標。

圖4中的掃描使用跨區域A的準峰值檢測(放大到59MHz)以獲得更精確的結果,並且跟在認可的測試實驗室進行的官方測試結果更接近。

20190129TA31P4 圖4 準峰值測試顯示裝置幾乎沒有幾次達標,極有可能需要修改設計。

圖4顯示了峰值(綠色跡線)和準峰值(黃色跡線)與極限標準對比的結果。在此示例中,設備超出容限標準的餘量只有1.5dB,這可能不足以確保在正式測試中達標。為了應對預合規測試設置的不準確性,最好有更多的餘量,理想情況下,如果可以實現,至少需要6dB的餘量。

在這種情況下,可能需要對設備進行設計修改以獲得更大的餘量,然後才能送往EMC/EMI測試實驗室進行正式的合規測試。

頻譜分析儀的一點建議

要進行EMC/EMI預合規測試,所選擇的頻譜分析儀一定要配有支援準峰值、峰值和平均值檢測的軟體,許多儀器都支援這一功能。在進行合規性設計和測試時,所有這三項測試最好都要做,以確保對產品能否達標有準確的瞭解。

(參考原文: EMI emissions testing: peak, quasi-peak, and average measurements,by Dorine Gurney)