快速組建一個電磁兼容實驗室的方法

組建一個電磁兼容實驗室的方法

產品必須符合EMC（電磁兼容）要求，歐洲規定：銷售違反電磁兼容法令(89/336/EEC)的產品將麵臨高額罰款，因此，商家越來（lái）越重視產品（pǐn）的電磁兼容性問題，為了降低成本，要根據公司（sī）需求和規模的不同，組建一個EMC實驗室（shì），本文介紹建設公司內（nèi）部EMC測試設備的優點、缺點和方（fāng）法。

組建一個電磁（cí）兼容實驗室的最小需求取決於公司的需要和財務狀況。通常，公司將（jiāng）力求節省經費（在設備和人力資源兩方麵)，並盡量降低風險。但有一點（diǎn）必須明白，世界上不會有&ldquo；低成本、低風險和低EMC技術&rdquo；這樣的好事。工程師必須掌握（wò）高度的技（jì）巧，才可能設計出具有相當性能的低成本設備。精（jīng）度越低的產（chǎn）品（pǐn），其風險也會越高。

在組建一個公司內部EMC實驗室時（shí），無（wú）論其規模大小如何，都必須遵從一些最起碼的指導原則。首先，建成EMC實驗室（shì）的（de）房間或地方必須潔淨，沒有無（wú）關物品（pǐn），完）全專用於EMC測量。隻（zhī）要條件許可，絕對需要一個由金屬製成並可靠連接大（dà）地的（de）地參考平麵；如果條件（jiàn）不允許(如房間不在第一層），至少應該（gāi）接保護地係統。實驗室內的所有金屬物體必須可靠接地或予以清除。電源係統必須&ldquo；淨化&rdquo；(在電源進入EMC實驗室之前的某處正確接入線濾波器）。

1)傳導發射測試---需要一台頻譜分析儀（或EMI接收器）、電纜和LISN（線（xiàn）阻抗穩定網絡，手工製作或外（wài）購（gòu）)，如果可（kě）能的話，還應（yīng）該有一個屏蔽（bì）房間（最起碼有一個屏蔽帳篷)和一（yī）張距地麵80cm的絕緣桌。

2)輻射發射測試---需要同樣的頻譜分析儀或EMI接收器、一副（fù）天線、電纜和OATS(開（kāi）放區域測試場地或（半）電波暗室（shì）)；為測量幹擾功率而（ér）製作或外購的吸（xī）收鉗。

3）諧波測試(與閃爍測試（shì））---如果要進行完）全兼容測試，則（zé）需要專用設備(專用諧波分析儀)；但（dàn）如果僅為評估的話，一台便攜式諧波分析儀甚至一台能進行FFT評估的示波器（qì）就足夠了。

4)ESD（靜電釋放）抗擾度測試---隻有（yǒu）ESD槍才能可靠評估該項測試的（de）結果。

5)輻射電磁（cí）場（chǎng）抗擾度測試---需要與輻射發射（shè）測試類似的設備（bèi），此（cǐ）外還需要信號發生器、放大器、衰（shuāi）減器、場強儀，可能（néng）還需要一台計算機。

6)傳（chuán）導騷擾抗擾度測試---需要的設備與1)和5)類似，另（lìng）外再加上CND（異種耦合解耦網絡（luò）），但不需要（yào）天（tiān）線。

7)電快速瞬變（EFT/Burst)抗擾度測試（shì）。

8）浪湧抗擾度測（cè）試。

9）電源頻率磁場抗（kàng）擾度測（cè）試。

10)電壓（yā）驟降、短時中斷與電壓變化抗（kàng）擾度測試。從7)到10)的最後四項測試需要專用設（shè）備，這些設備可從多個廠商買到。

值得注意的是，測量設備（bèi）的製造商和經銷商通常提（tí）供（gòng）執行不同測試的包裝和（或）全套裝置（zhì），以及有關如何（hé）按照最新（xīn）標準執行這些測試的（de）指導（dǎo）甚至培（péi）訓（xùn）。請向（xiàng）最近的當地銷售代表查（chá）詢設備的（de）性能和功用。大部分情況下，設備（bèi）都有根據標準需求預設的測試程序，請首（shǒu）先閱讀說（shuō）明手（shǒu）冊。

公司內部（bù）預兼容測（cè）試

預兼容測試並無定（dìng）義，但最起碼我們有理由假定測試必須在（zài）盡（jìn）可能接（jiē）近標準要求的條件下進行。

1)傳導發射的測試多年來，電子產品製（zhì）造商遇到的最困難的（de）問題可（kě）能就是（shì）在傳導發射方麵，因此本（běn）文首先就此進行討論。傳導發射的測試裝置。這個裝置是根據CISPR22（EN55022）組建的，而且使用的設備必須符合CISPR16-1的要求。該裝置主要包括：EUT（被測（cè）設備)，如果它是台式的，必須安放在一個（gè）距地麵80cm高的絕（jué）緣桌上；輔助（zhù）設備(外設)，按正常（cháng）使用方式連接，未使用的輸入和輸出必須正確端接，多餘的電纜必須截短，或繞成（chéng）直徑30~40cm的一卷。頻譜（pǔ）分（fèn）析儀（或EMI接收器）在0.15~30MHz的頻率範圍內必須具有9kHz的（de）分辨率帶寬（RBW)。測量過程在（zài）CISPR16-1和產品規範（fàn）標準中有詳細描述，如果正確執行，其結果與第三方實驗室的測試將不會（huì）有太大（dà）出入。

2)幹（gàn）擾功（gōng）率測試幹擾功率測試（30~300MHz）方法與1）有點類似，但此時號將來自吸收（shōu）鉗（而非LISN）。CISPR 16-1和（hé）產（chǎn）品係列標準詳細介紹了測試裝置。概括地說，就（jiù）是將吸收鉗（qián）放（fàng）置在被（bèi）測電（diàn）纜(幹線、直流、音頻（pín）/視頻）周圍，並沿著一根6m長線移動，以（yǐ）查找每個頻率點上的最大（dà）發射值。輻射發射測試裝置。雖（suī）然這項測試看起來似乎要比前（qián）一項測試複雜（zá）一些，但實際上並不特別困難。由圖可見，EUT被安放在一張絕緣桌麵的（de）轉台上，距地麵80cm，以便在測（cè）試過程中通過轉動EUT來找出最大發射值。天線安裝在天線竿上，並可在1~4m之間（jiān）移動，目的（de）同樣是為了（le）找出最大發射值。EUT與天線中心（xīn）（上有標記）的距離為3m或10m。接收器裝置同樣按照CISPR16-1製作，在30~1000MHz的接收範圍內其分辨率帶寬必須為120kHz。針對輻射發射測量，接收器（qì）可能有一（yī）個設定。對於上述的（de）所有測量，需要注意在評（píng）估結果時必須將一（yī）些修正因子納入考（kǎo）慮。首（shǒu）先，對於所有測量裝置，±；4dB為接受（shòu）的不確定區間，這一點在CISPR16-1的附錄L中有所闡述。其次，電纜衰減和連接器衰減也必須予以考慮。但是除此之外，還有更多因素必須予以考慮（lǜ）。對於傳導發射（shè），必須考慮LISN的阻抗偏差及其容限。不（bú）過，它的最大誤差隻有2~4dB。吸收鉗的情況就不一樣了，其衰減在14～22dB之間，平均17dB。輻射（shè）發射測試中的因（yīn）子最大，其NSA（歸一化位置衰減）-24~24dB。在這種情況下，無法進行任何近似（sì），而且在執行（háng）測試時還必須使用天線因（yīn）子。此外，根據設計實踐經驗，在將產品送往第三方實（shí）驗室進行測試之前（qián），還應（yīng）當額外預留6dB的設計餘量（liàng）。

3）諧波和閃（shǎn）爍測試諧波和閃爍測試沒有環境方麵（miàn）的要求。隻需將EUT連接到諧波分析儀的電源入口，並（bìng）根據廠商（shāng）的說明和標準的要求執行測試即可。同（tóng）樣，測試設備將包含一些已有的設置，但（dàn）工程師必須確保這些測試設置符合自己（jǐ）產品的標準（zhǔn）要求。如果評估時使用其（qí）他方法(如便（biàn）攜式電源諧波分（fèn）析儀)，請仔細閱讀標（biāo）準要求，然後再評估測量結果。

4)ESD抗擾度測試

ESD抗擾度測試對（duì）於大型（xíng）設備可能並不是很（hěn）重要。但在今天這個各種產品普遍（biàn）小型化的時代，ESD測試已成（chéng）為大（dà）部（bù）分設備的“關鍵（jiàn）"; EMC測試之一，例如對便攜式（shì）計算器、MP3和MD播放器、USB存儲棒、音頻設備等等。其測試裝置。由圖可見（jiàn），EUT仍然安（ān）放在一張絕緣桌上，位於HCP(水平耦合平（píng）麵（miàn），由一種金屬傳導材料製成（chéng））上，並通過一（yī）個（gè）絕緣抗靜電襯墊與（yǔ）其隔離。VCP(垂（chuí）直耦合平麵)和HCP分別連接到地參考平麵，每個連（lián）接端各使用一隻470kΩ的電阻。對於EUT的每個側麵和VCP、HCP，以及EUT上每個用手能觸摸到（dào）的金屬表麵，分別使用（yòng）鋒利尖）端（duān）進行接觸（chù）放電(直接放（fàng）電），通常每個（gè）極（jí）性5次。對於機箱的所有（yǒu）塑料部分，則利用圓形尖）端進行（háng）空氣放電（間接（jiē）放電）。

5)輻射電磁場抗擾度的（de）測試輻射電磁場抗擾度（dù）的測試裝置與輻射發射測試非常類似，但是在這項測試中，信號發生器和功率放（fàng）大器（qì）將饋送給天線，以（yǐ）便（biàn）在EUT附近產生“均勻電（diàn）磁場"(±6dB)(在頻率範圍80~1000MHz、AM、1kHz、80%調製（zhì）深度下為3V/m或（huò）10V/m)。需要注意的是，不同產品的頻（pín）率範圍也不相同。

6)傳導騷擾抗擾度測試

傳導騷（sāo）擾抗擾度測試的目的是（shì）在EUT端（duān）口輸（shū）入建立（lì）3V電平（有效值，150kHz~230MHz、AM、1kHz、80%調製深度）。信號發（fā）生器和功率放大器必須提供足夠的功率，以（yǐ）便CDN能將信號耦合到被測線（xiàn）。由於測試（shì）項目（mù）3）、7）、8）、9）、10）使用的是高度專業化的設備，如果實驗室中有這些（xiē）設備，工程師（shī）無需太多操（cāo）作，隻要正確連接EUT就可以了，最重要的任務是監（jiān）控EUT的（de）工作方（fāng）式。

如何進行近場測試

本文前麵（miàn）的介紹部分講（jiǎng）過，近場測試非常適合產品開發階段。在這個階段，標準測試方（fāng）法或許（xǔ）能給出精確的結果，但（dàn）卻無法顯示問題的來（lái）源所在。在挑選元（yuán）件時，有些控製（zhì）器（qì）芯片的輻射要比其（qí）他芯片（piàn）低40dB，或具有更高（gāo）的抗擾度（dù）。即使在產品開發完成，執行兼容測試未（wèi）通過之後，標準測試方法也（yě）幾乎無法給出有關問題來源的任何信息。在印製板一級，工程師們使用近（jìn）場測試探針進行測量，也（yě）可能使用缺陷檢測器等。然而另（lìng）一方麵也必須了解，近場（chǎng）測試探針(幾乎)不能給出有（yǒu）關設備傳導（dǎo）或輻射水平的任何信息，其誤差為20~40dB。但近（jìn）場測試探針可以保（bǎo）證一點：每次（cì）使用時，其測量結果總要好於前述（shù）的各種測量。為了通過近場測試探針大致了解產品是否能通過EMC測試，需要在已經確知結果（guǒ）的樣（yàng）品上進行多次嚐試。

圖4(a)和（b)是一些磁場探針、電場探針和一根管腳探針的例子。它們的優點是容易製作（zuò），外購也相當便宜。它（tā）們都使用50Ω的電纜，並連接到一台（廉價的)頻譜分析儀。

近場探針用來拾取電磁場的全（quán）部兩個分量。雖（suī）然市場上有一些非常靈敏的電磁場場（chǎng）強儀，但電磁場（chǎng）的近場場強（qiáng）並不太容易測量。它們無法給（gěi）出輻射噪聲頻率成分的（de）任何信息，但可以方便地指出“問題分量"。近場探針在連接到頻譜分析儀時，還可給出頻率成分信息。

磁場探針提供一個（gè）與磁射頻（RF)場強成比例的輸出電壓。利用這個探針很容易找到電路的射頻源。不過，磁場的（de）場強隨距離迅速變（biàn）化(成三（sān）次方（fāng）關係)。另外，探針的方向至關重要，因為磁場方向一定是垂直於磁環路的。前麵已經指出，探針將不會給出太多的（de）量（liàng）化信息，但對於某個元件(IC、開關三極管等)，隨著探針距離元件越來越近，探針的電壓（yā）輸出也將增大。即使周圍有許多元（yuán）件，通過研究原（yuán）理圖，設計者也可以很容易地辨（biàn）認出噪聲源。如果工程師決定更換元件，他將很容易測量出更換後的結果，這使得在開始時就選擇可靠的元件成（chéng）為可（kě）能。

管腳探針允（yǔn）許直接在IC管腳或PCB的細導（dǎo）線上鑒別噪聲電壓。還能方便地判斷濾波器的效（xiào）果，盡管隻是一種定性的判斷。探針可以在濾波器的（de）前、後（hòu）分別進行（háng）接觸測量，並觀（guān）察其效果情況。但（dàn）工程師必須正確估計接觸電容，並選擇電容較小的探針（不大於10pF)。

電場探針可拾取（qǔ）共模電壓和（hé）需要的信號。共模電壓是輻射電壓的一個重要來源。此外，磁場探針無法拾取電場。可（kě）以證明，使用全部三種探針是有益（yì）和省時的。

本文（wén）介紹了擁有公司內部EMC測試設備的優點和（hé）缺點。總體而言，除了設備成本、占用空間，以及（jí）可能的人員培訓這（zhè）些投入之外，擁有EMC能力並沒有什麽不利。無論（lùn）如何，EMC技術在產品開發（fā）中（zhōng）必（bì）)不)可)少，公司必須以某種方式進行這方麵的投資(如依靠第三方谘詢公司的服務），忽視它（tā）的代價（jià）將是高昂的。