淺談設(shè)備電磁兼容性檢測(cè)方法

苗濤，施強(qiáng)

（沈陽(yáng)芯源微電子設(shè)備股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)，的測(cè)量，可用于測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)采用頻譜儀和信號(hào)放大器可以檢測(cè)空間電磁干擾強(qiáng)度。通過(guò)頻譜儀可以將空間信號(hào)輻射強(qiáng)度按照頻域進(jìn)行直觀顯示。這樣就可以檢測(cè)出器件的電磁輻射。對(duì)于器件的受干擾情況，則可以通過(guò)對(duì)器件通訊的信號(hào)波形進(jìn)行分析，也就是用示波器測(cè)量信號(hào)質(zhì)量。

1 方案組成

設(shè)備電磁兼容檢測(cè)方案主要包含頻譜儀（UTS2000A，頻率范圍：9kHz～3GHz）如圖1，信號(hào)放大器（EM5030(LF)）如圖2，近場(chǎng)探頭可檢查10cm范圍內(nèi)的磁場(chǎng)，可以進(jìn)行漏磁檢測(cè)，雙通道示波器（UTD10500）如圖3，帶寬50Mhz，信號(hào)轉(zhuǎn)接板（自制）如圖4，主要負(fù)責(zé)將設(shè)備上的不同插件形式轉(zhuǎn)換為方便示波器測(cè)量的端子形式。

圖1 頻譜儀

圖2 信號(hào)放大器

圖3 示波器

圖4 信號(hào)轉(zhuǎn)接板

測(cè)量器件的輻射強(qiáng)度如圖5所示，該方案由被測(cè)器件（導(dǎo)線）、近場(chǎng)探頭、有源信號(hào)放大器、頻譜儀構(gòu)成。通過(guò)移動(dòng)探頭可以檢測(cè)被測(cè)器件本身包括線纜的輻射強(qiáng)度，進(jìn)而了解該器件的EMI特性，通過(guò)設(shè)定信標(biāo)可以確定在某一頻率上的最大輻射強(qiáng)度。通過(guò)頻譜儀的數(shù)據(jù)記錄功能可以測(cè)量不同位置的輻射曲線，并對(duì)比曲線的增益差，進(jìn)而獲取導(dǎo)線輻射強(qiáng)度與距離的衰減關(guān)系。

圖5 器件輻射強(qiáng)度

圖6 示波器測(cè)量信號(hào)

測(cè)量通訊的信號(hào)質(zhì)量如圖6所示，該方案由被測(cè)器件信號(hào)（RS485 RS232 CAN等）、示波器、信號(hào)轉(zhuǎn)接板構(gòu)成（將被測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為方便示波器測(cè)量的觸點(diǎn)）。信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接板到達(dá)示波器，后經(jīng)過(guò)示波器的捕獲功能將其捕獲并顯示到示波器屏幕上。

2 測(cè)量過(guò)程

2．1 排查主要干擾源

將被測(cè)某型號(hào)驅(qū)動(dòng)器通電，并將其調(diào)試到正常工作狀態(tài)，頻譜儀開(kāi)機(jī)預(yù)熱后，調(diào)整頻譜儀的中心頻率到1MHZ位置，并調(diào)整基準(zhǔn)電平直到信號(hào)在可視區(qū)域內(nèi)，設(shè)置RBW分辨帶寬。進(jìn)場(chǎng)探頭靠近被測(cè)器件附近，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大并由頻譜儀顯示到頻譜儀上，將探頭放在潛在干擾導(dǎo)線位置并進(jìn)行測(cè)量，使用頻譜儀的多數(shù)據(jù)記錄功能，調(diào)整不同距離，并將該距離下的干擾強(qiáng)度曲線鎖定，這樣采集五組不同數(shù)據(jù)，并記錄頻率。如圖7所示?？梢郧逦乜闯?，隨著距離的加大，干擾強(qiáng)度不斷衰減。也可以看出干擾信號(hào)主要集中在40MHZ以內(nèi)。并且頻率越高的信號(hào)，距離增大后衰減越大。

圖7 不同距離與輻射強(qiáng)度

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)整理得到如圖8所示，不同頻率下不同距離的干擾衰減曲線。由于大部分通訊頻率在8MHZ以下，所以我們以8MHZ為參考，在8MHZ頻率下距離0cm輻射功率為316（10-8W），距離4cm以上，輻射強(qiáng)度降低到0.79（10-8W），衰減400倍。所以建議該器件的干擾導(dǎo)線布線與弱電信號(hào)應(yīng)最少隔離4cm以上。

圖8 不同距離與輻射強(qiáng)度結(jié)論

2．2 受干擾程度測(cè)量

以上是通過(guò)頻譜儀測(cè)試并分析干擾源特性，測(cè)量被干擾情況的判定需要示波器進(jìn)行測(cè)量分析。將被測(cè)USB信號(hào)串聯(lián)進(jìn)入信號(hào)轉(zhuǎn)接板，將干擾源靠近USB導(dǎo)線，調(diào)整示波器頻率到10ms，將幅值調(diào)整到1v，并將示波器的采樣調(diào)整為直流。將示波器的縱軸調(diào)整到可視區(qū)域，并將捕獲觸發(fā)位置調(diào)整到信號(hào)峰峰值的中間位置，按下捕獲按鈕，捕獲USB干擾信號(hào)。再將干擾源去掉，再次進(jìn)行測(cè)量如圖9和圖10是USB通訊信號(hào)收到干擾圖對(duì)比?？梢钥吹剑赨SB與電機(jī)動(dòng)力線纏繞后受到的嚴(yán)重干擾。通過(guò)這種方法可以很直觀地看出信號(hào)質(zhì)量。同樣的辦法可以測(cè)量機(jī)臺(tái)常用的RS485信號(hào)以及CAN信號(hào)等。有些信號(hào)不良并不是由于干擾引起的，最常見(jiàn)的就是信號(hào)反射，信號(hào)沿傳輸線向前傳播時(shí)，每時(shí)每刻都會(huì)感受到一個(gè)瞬態(tài)阻抗，這個(gè)阻抗可能是傳輸線本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對(duì)于信號(hào)來(lái)說(shuō)，它不會(huì)區(qū)分是什么，信號(hào)所感受到的只有阻抗。如果信號(hào)感受到的阻抗是恒定的，那么它就會(huì)正常向前傳播，只要感受到的阻抗發(fā)生變化，信號(hào)都會(huì)發(fā)生反射。這些因素可能包括過(guò)長(zhǎng)的走線、末端匹配的傳輸線、過(guò)量的電容或電感及阻抗失配。所以，在檢測(cè)時(shí)應(yīng)該先排除是否為自身引起的干擾。

3 效果總結(jié)

經(jīng)過(guò)以上測(cè)量得出干擾源不同位置的干擾強(qiáng)度，并經(jīng)過(guò)示波器測(cè)量找出最佳的隔離距離，如圖9和10所示為改進(jìn)前后的波形對(duì)比圖，可以明顯看出，干擾信號(hào)得到了消除。由于實(shí)際需求不是所有情況都可以通過(guò)隔離距離實(shí)現(xiàn)，這時(shí)，我們也可以通過(guò)磁環(huán)（濾波器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，需要結(jié)合頻譜儀對(duì)干擾源干擾頻率進(jìn)行檢測(cè)，選出磁環(huán)的頻率與功率。

圖9 USB 收干擾波形圖

圖10 為改進(jìn)后波形對(duì)比圖

這樣，就完成了機(jī)臺(tái)主要干擾源判定，以及USB信號(hào)的電磁兼容性篩查與改善，通過(guò)此類方法，同樣可以檢查機(jī)臺(tái)其他部件的電磁兼容性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了用頻譜儀、示波器等對(duì)設(shè)備進(jìn)行電磁兼容性檢查的測(cè)試方案，該方案從干擾源頭進(jìn)行量化分析，并通過(guò)示波器對(duì)被干擾器件進(jìn)行量化分析，經(jīng)過(guò)效果確認(rèn)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，提升了設(shè)備內(nèi)部器件間的電磁兼容性。