使用频谱分析仪执行低成本EMI预一致性测试的案例分析

一致性测试通常作为产品投产前设计质保的一部分完成。一致性测试内容繁多，耗时长，如果在产品开发的这个阶段EMC 测试失败，那么会要求重新设计，不仅成本高昂，而且会耽误产品推出。 执行预一致性测试可以帮助您在把产品送到正式测试前发现不符合规范的情况。泰克基于USB接口的RSA306实时频谱分析仪的问世，预一致性测试变得前所未有的简便和经济，放射辐射测量和传导辐射测量可以帮助您最大限度地减少产品通过EMI 认证所需的费用和时间。本文将用两个实测案例，分析基于RSA306实现放射辐射和传导辐射的测试方法。 放射辐射测量案例分析 在我们的预一致性测试中，我们使用了一米和几厘米两种距离。降低DUT（被测设备）与测试天线之间的距离会提高DUG信号强度与RF背景噪声之比。遗憾的是，近场结果并不会直接转换成EMI一致性测试中使用的远场测试，因此在得出结论时必须慎重增加预放是提升相对DUT 信号电平的另一种好方法。 天线的选择 测量中使用了三台成本非常低的PC板对数周期天线和一台双锥天线。这些天线安装在三脚架上，放置简便。天线因数(AF) 和电缆损耗可以输入到RSA306中，校正场强。双锥天线用于20 - 200 MHz频率，较长的20 - 200 MHz 波长要求较大的天线，背景噪声也可能是一个问题，因为它包括许多无线广播频率。 分析环境特性和测试结果 在把天线校正因数和电缆损耗输入RSA306后，打开峰值检测器电源，设置极限行。调节极限行，适应测试环境。 在打开DUT电源前，一定要评估和分析测试环境特性(图1)。在极限行和环境噪底之间是否有足够的信号空间？是否有可以降低的已知信号？是否需要把测试设置移到更安静的环境？

图1： 环境背景结果。在VHF 频段中可以清楚地看到广播信号。
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图2：DUT的测试结果，超限情况不是由DUT引起的。
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如果您对背景噪声满意，打开DUT电源。两项测量之差即来自DUT的辐射(图2)。在测试中，使用已经通过EMI一致性测试的泰克WiFi演示电路板，因此没有检测到失败。如果已经正确设置测试，没有什么东西接近极限行，那么这可能意味着您已经可以准备进行一致性测试。 如果在这个阶段发现问题，那么可能要求进一步诊断和修改设计。RSA306上提供的功能既支持一致性测量，也支持诊断。熟悉DUT设计的工程师可以确定问题信号。近场探测工具也可能会非常实用，后面会对此展开讨论。 近场测量与远场测量 在全面一致性测试实验室中，使用EMI 接收机和精心校准的天线，在3米或10米距离上测试电子器件。换言之，也可能在远场中完成测量。这些测试舱旨在消除或大大降低所有不想要的RF信号，以便只测量DUT的EMI信号。 尽管我们需要尽最大努力来保证预一致性测试中的RF背景噪声达到最小，但背景噪声可能仍然很明显。降低测试天线与DUT 之间的距离可以提升DUT 相对于RF 背景的信号电平。 传导辐射测量案例分析 图3显示了测试设置的方框图，被测器件是笔记本电脑使用的通用的AC/DC电源适配器。 工频阻抗稳定性网络(LISN) 注意,一定要先从LISN上断开频谱分析仪输入，然后再从LISN中拔下电源，LISN放电可能会损坏频谱分析仪前端。 在传导辐射测量中，您使用的是LISN而不是天线。LISN是一种低通滤波器，放在AC或DC 电源与DUT 之间，创建已知阻抗，提供一个RF 噪声测量端口。它还把不想要的RF 信号与电源隔开。增加一个预放也是提升相对DUT 信号电平的好方法。 注意，60 或50 Hz 电源上传导的干扰对某些设计可能也是一个问题。大多数传导EMI测试规定了9 kHz- 1 GHz 实测频率范围，但在需要时也可以在更低频率上测量信号。对低频测量，RSA5100 系列实时频谱分析仪是很好的选择，因为它们可以覆盖直到1 赫兹以下的频率范围。为最有效地测量传导EMI，最好使用两个LISN：一个用于到DUT 的规定阻抗，一个用于频谱分析仪或接收机。

图3： 预一致性传导辐射测试的方框图。
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图4：传导辐射测试显示频谱较低一端有超限的情况。
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功率滤波器 对传导测量，背景噪声来自于电源。尽管LISN提供了一定的隔离度，但您经常需要额外的功率滤波。在我们的测量中，结果主要是来自大楼电源的噪声。通过增加电源滤波器，我们可以把进入的噪声降低到足够的水平，来进行我们的传导测量。 分析环境特性和测试结果 首先，我们把LISN校正因数输入RSA306，打开峰值检测器电源，设置极限行。在打开DUT 电源前，一定要评估和分析测试环境特性。极限行与噪底之间是否有足够的空间？是否需要增加功率滤波器？如果您对背景噪声满意，打开DUT电源，按该顺序把LISN输出连接到频谱分析仪上。两项测量之差即来自DUT的辐射( 图4)。 在传导测量中， DUT是网上购买的成本非常低的笔记本电脑电源。我们使用备用笔记本电脑作为电源负载。在这种情况下，我们可以看到测试失败。图5显示DUT传导辐射在大约172 Hz处高出极限。RSA306上提供的功能可以执行预一致性测量和诊断。熟悉DUT设计的工程师可以确定问题信号。这时近场探测工具也非常实用。如果您已经正确设置测试，没有什么东西接近极限行，那么这可能意味着您已经可以准备进行一致性测试。 总结 EMI一致性测试失败成本高，可能会使产品开发周期面临风险。而设置自己的预一致性测试可以帮助您隔离任何问题区域，在把设计发往标准测试机构前解决问题。泰克RSA306提供了全新的低成本预一致性测试功能，可以在您的产品获得EMI 认证时帮助您最大限度地减少所需的费用和时间。 本文来自《电子技术设计》2016年1月刊，版权所有，谢绝转载。