頻譜分析儀執(zhí)行低成本EMI預(yù)一致性測(cè)試

一致性測(cè)試通常作為產(chǎn)品投產(chǎn)前設(shè)計(jì)質(zhì)保的一部分完成。一致性測(cè)試內(nèi)容繁多，耗時(shí)長(zhǎng)，如果在產(chǎn)品開發(fā)的這個(gè)階段EMC測(cè)試失敗，那么會(huì)要求重新設(shè)計(jì)，不僅成本高昂，而且會(huì)耽誤產(chǎn)品推出。

執(zhí)行預(yù)一致性測(cè)試可以幫助您在把產(chǎn)品送到正式測(cè)試前發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)范的情況。一款基于USB接口的RSA306實(shí)時(shí)頻譜分析儀的問世，預(yù)一致性測(cè)試變得前所未有的簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)，放射輻射測(cè)量和傳導(dǎo)輻射測(cè)量可以幫助最大限度地減少產(chǎn)品通過EMI認(rèn)證所需的費(fèi)用和時(shí)間。本文將用兩個(gè)實(shí)測(cè)案例，分析基于RSA306實(shí)現(xiàn)放射輻射和傳導(dǎo)輻射的測(cè)試方法。
放射輻射測(cè)量案例分析
在預(yù)一致性測(cè)試中，使用了一米和幾厘米兩種距離。降低DUT（被測(cè)設(shè)備）與測(cè)試天線之間的距離會(huì)提高DUG信號(hào)強(qiáng)度與RF背景噪聲之比。遺憾的是，近場(chǎng)結(jié)果并不會(huì)直接轉(zhuǎn)換成EMI一致性測(cè)試中使用的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，因此在得出結(jié)論時(shí)必須慎重增加預(yù)放是提升相對(duì)DUT信號(hào)電平的另一種好方法。
天線的選擇
測(cè)量中使用了三臺(tái)成本非常低的PC板對(duì)數(shù)周期天線和一臺(tái)雙錐天線。這些天線安裝在三腳架上，放置簡(jiǎn)便。天線因數(shù)(AF)和電纜損耗可以輸入到RSA306中，校正場(chǎng)強(qiáng)。雙錐天線用于20-200MHz頻率，較長(zhǎng)的20-200MHz波長(zhǎng)要求較大的天線，背景噪聲也可能是一個(gè)問題，因?yàn)樗ㄔS多無(wú)線廣播頻率。
分析環(huán)境特性和測(cè)試結(jié)果
在把天線校正因數(shù)和電纜損耗輸入RSA306后，打開峰值檢測(cè)器電源，設(shè)置極限行。調(diào)節(jié)極限行，適應(yīng)測(cè)試環(huán)境。
在打開DUT電源前，一定要評(píng)估和分析測(cè)試環(huán)境特性(圖1)。在極限行和環(huán)境噪底之間是否有足夠的信號(hào)空間？是否有可以降低的已知信號(hào)？是否需要把測(cè)試設(shè)置移到更安靜的環(huán)境？

圖1：環(huán)境背景結(jié)果。在VHF頻段中可以清楚地看到廣播信號(hào)。圖2：DUT的測(cè)試結(jié)果，超限情況不是由DUT引起的。 如果對(duì)背景噪聲滿意，打開DUT電源。兩項(xiàng)測(cè)量之差即來自DUT的輻射(圖2)。在測(cè)試中，使用已經(jīng)通過EMI一致性測(cè)試的泰克WiFi演示電路板，因此沒有檢測(cè)到失敗。如果已經(jīng)正確設(shè)置測(cè)試，沒有什么東西接近極限行，那么這可能意味著您已經(jīng)可以準(zhǔn)備進(jìn)行一致性測(cè)試。
如果在這個(gè)階段發(fā)現(xiàn)問題，那么可能要求進(jìn)一步診斷和修改設(shè)計(jì)。RSA306上提供的功能既支持一致性測(cè)量，也支持診斷。熟悉DUT設(shè)計(jì)的工程師可以確定問題信號(hào)。近場(chǎng)探測(cè)工具也可能會(huì)非常實(shí)用，后面會(huì)對(duì)此展開討論。
近場(chǎng)測(cè)量與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量
在全面一致性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中，使用EMI接收機(jī)和精心校準(zhǔn)的天線，在3米或10米距離上測(cè)試電子器件。換言之，也可能在遠(yuǎn)場(chǎng)中完成測(cè)量。這些測(cè)試艙旨在消除或大大降低所有不想要的RF信號(hào)，以便只測(cè)量DUT的EMI信號(hào)。
盡管我們需要盡最大努力來保證預(yù)一致性測(cè)試中的RF背景噪聲達(dá)到最小，但背景噪聲可能仍然很明顯。降低測(cè)試天線與DUT之間的距離可以提升DUT相對(duì)于RF背景的信號(hào)電平。
傳導(dǎo)輻射測(cè)量案例分析

圖3顯示了測(cè)試設(shè)置的方框圖，被測(cè)器件是筆記本電腦使用的通用的AC/DC電源適配器。

圖3：預(yù)一致性傳導(dǎo)輻射測(cè)試的方框圖。

工頻阻抗穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)(LISN)
注意,一定要先從LISN上斷開頻譜分析儀輸入，然后再?gòu)腖ISN中拔下電源，LISN放電可能會(huì)損壞頻譜分析儀前端。
在傳導(dǎo)輻射測(cè)量中，您使用的是LISN而不是天線。LISN是一種低通濾波器，放在AC或DC電源與DUT之間，創(chuàng)建已知阻抗，提供一個(gè)RF噪聲測(cè)量端口。它還把不想要的RF信號(hào)與電源隔開。增加一個(gè)預(yù)放也是提升相對(duì)DUT信號(hào)電平的好方法。
注意，60或50Hz電源上傳導(dǎo)的干擾對(duì)某些設(shè)計(jì)可能也是一個(gè)問題。大多數(shù)傳導(dǎo)EMI測(cè)試規(guī)定了9kHz-1GHz實(shí)測(cè)頻率范圍，但在需要時(shí)也可以在更低頻率上測(cè)量信號(hào)。對(duì)低頻測(cè)量，RSA5100系列實(shí)時(shí)頻譜分析儀是很好的選擇，因?yàn)樗鼈兛梢愿采w直到1赫茲以下的頻率范圍。為最有效地測(cè)量傳導(dǎo)EMI，最好使用兩個(gè)LISN：一個(gè)用于到DUT的規(guī)定阻抗，一個(gè)用于頻譜分析儀或接收機(jī)。

圖4：傳導(dǎo)輻射測(cè)試顯示頻譜較低一端有超限的情況。 功率濾波器
對(duì)傳導(dǎo)測(cè)量，背景噪聲來自于電源。盡管LISN提供了一定的隔離度，但您經(jīng)常需要額外的功率濾波。在我們的測(cè)量中，結(jié)果主要是來自大樓電源的噪聲。通過增加電源濾波器，我們可以把進(jìn)入的噪聲降低到足夠的水平，來進(jìn)行我們的傳導(dǎo)測(cè)量。
分析環(huán)境特性和測(cè)試結(jié)果
首先，我們把LISN校正因數(shù)輸入RSA306，打開峰值檢測(cè)器電源，設(shè)置極限行。在打開DUT電源前，一定要評(píng)估和分析測(cè)試環(huán)境特性。極限行與噪底之間是否有足夠的空間？是否需要增加功率濾波器？如果您對(duì)背景噪聲滿意，打開DUT電源，按該順序把LISN輸出連接到頻譜分析儀上。兩項(xiàng)測(cè)量之差即來自DUT的輻射(圖4)。
在傳導(dǎo)測(cè)量中，DUT是網(wǎng)上購(gòu)買的成本非常低的筆記本電腦電源。我們使用備用筆記本電腦作為電源負(fù)載。在這種情況下，我們可以看到測(cè)試失敗。圖5顯示DUT傳導(dǎo)輻射在大約172Hz處高出極限。RSA306上提供的功能可以執(zhí)行預(yù)一致性測(cè)量和診斷。熟悉DUT設(shè)計(jì)的工程師可以確定問題信號(hào)。這時(shí)近場(chǎng)探測(cè)工具也非常實(shí)用。如果您已經(jīng)正確設(shè)置測(cè)試，沒有什么東西接近極限行，那么這可能意味著您已經(jīng)可以準(zhǔn)備進(jìn)行一致性測(cè)試。
總結(jié)
EMI一致性測(cè)試失敗成本高，可能會(huì)使產(chǎn)品開發(fā)周期面臨風(fēng)險(xiǎn)。而設(shè)置自己的預(yù)一致性測(cè)試可以幫助您隔離任何問題區(qū)域，在把設(shè)計(jì)發(fā)往標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試機(jī)構(gòu)前解決問題。泰克RSA306提供了全新的低成本預(yù)一致性測(cè)試功能，可以在您的產(chǎn)品獲得EMI認(rèn)證時(shí)幫助您最大限度地減少所需的費(fèi)用和時(shí)間。