EMI排查：预一致性的重要性(第6部分) 原型机, 电路板

Bazinga

很多公司发现他们的电子产品在上架销售前常常栽倒在最后一关，即符合EMC要求。这使他们认识到在早期设计阶段重视预测试和EMI诊断的重要性，以尽量减小测试不合格的影响——重新设计和设备召回，以及延迟产品上市。等到开发期结束才去了解产品是否能够通过一致性测试是一场豪赌，因为每次改进涉及的开发成本会以指数规律攀升。
因此，通过试产原型机，甚至早在研发阶段，从设计调研上排查EMI日益重要。对问题电路板进行实验，并采取预防措施是能够为设计带来便利。



图1：当产品在开发阶段一步步推进时，变更所承担的潜在成本上升，清除EMI问题的可用措施逐步受到限制。
图字：PCB、滤波、接地、地弹、软件等；成本效益及可用措施；预防措施；承担的成本；阶段；预一致性测试；一致性测试；研发；原型；试产；生产；设计阶段；生产阶段


设计工程师经常发现新产品设计需要经过多次修改才能达到限值。他们既不拥有EMI诊断诀窍，EMI诊断也不是他们日常责任的一部分。通常，仅当设计的电路板几乎完工时才递交给EMC部门或外部实验室做进一步测试。然而，相比早期设计阶段(这时某些设计考虑或许能够妥善处理)修改，在这个阶段做出改动极具挑战性。

符合EMC标准的结果在设计上是可控的，能够做出规划，同时也是设计师的责任。解决EMI并非使用什么巫术，也无需时域工程师躲避。使用您熟悉的仪器---示波器，您能够更好地理解EMI问题，以及了解所用解决方案的效果。
武装起来做预一致性测试

对此，您可能会问：那么我该如何使用EMI滤波器和准峰值(QP)检波器？这取决于您是否在进行一致性测试、预一致性测试或者在做EMI故障排查。EMI类分辨率带宽(RBW)滤波器是窄带的，其滚降方式以6dB为标准，而非3dB。符合标准的准峰值检波器是 根据信号峰值和重复频率进行检测加权从得出峰值的。

使用不正确的滤波器和检波器会影响设备返回的幅度值和频率值。在一致性测试中，这两个是强制遵守的标准。然而，对于EMI诊断它们不是决定性的，因为主要目的是从物理上和电气上识别出辐射源。如果没有实际的一致性精度要求，您获得接近的估值已足够用了。

如果用于识别辐射源，由于准峰值检波器算法结果总是小于或等于峰值检波器，因此使用峰值检波器足够。准峰值检波器结果和峰值检波器结果都涉及相同的信号重复率，您可以用公式表示数学波形，或者在故障排查过程中考虑到这一点。另一方面，EMI滤波器仅会略微改变结果。

与测试接收机不同，示波器在设计上没有内置EMI一致性限值测试。使用大多数示波器都配有的模板测试，或远程软件，可以在示波器上定义EMI一致性限值从而模拟EMI标准测试。然后，您可以进一步设置更多的模板，发现感兴趣的问题区域。



图2：限制线可以用模板替代，以确定被测设备是否符合要求。


在上图中，超过测试限值的事件可在时域做进一步分析。您还可以在示波器上的不同频率范围设置不同的RBW。



图3：RTO Scan软件的测试结果输出。RTO Scan是R&S RTO系列示波器的EMI预测试应用软件。该软件提供对数坐标的频谱图输出方便比对。
图字：幅度、频率
示波器是快速了解有害辐射并找出它们来源的有效工具。在同一台仪器上访问时域和频域为快速分析有害辐射创造了条件。因为示波器是硬件设计工程师常用的仪器，它增强了研发阶段的EMI排查能力，并且能够在去EMC实验室前先做摸底测试，从而显著提高了一致性测试的成功率。示波器也为您提供可用于定位、捕获和分析辐射源的各种技术，归纳在下表中：



表1：示波器和传统EMI测试设备进行EMI诊断的技术列表，从定位和捕获到分析有问题的辐射源。


与通常的时域相关测量或其他常用射频测试相比，EMI测量需要不同方法。在EMI，工程师从来无法完全掌握可能存在什么信号。由于每台新被测设备都不同，根据EMI信号特征选择正确的工具以及识别辐射源十分重要。

当涉及预一致性和一致性测试时，示波器的频谱分析功能并不能取代传统的EMI测试设备，如频谱分析仪或测试接收机。毕竟相对有限的动态范围和带宽，缺少预选器、前置放大器和与标准兼容的加权检波器，限值了示波器在EMI测试领域的应用。

示波器、频谱分析仪或测试接收机可以从不同角度解决EMI问题。每种设备用到不同的测试方法，并提供不同但互补的诊断技术。示波器互补的方法为EMI排查诊断打开了全新的天地，提供前所未有的EMI排查能力。结合示波器中现有的在EMI排查方面的分析工具，将帮助您快速发现您设计中的潜在问题。


接下来做什么？电源是EMI干扰噪声的主要来源，示波器的电源谐波分析在这类排查工作中很有潜力。我们不久将讨论这一方面的内容。