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三步识别电磁干扰 (EMI)

辐射杂散(通常称为电磁干扰 (EMI))受到严格监管,以确保电气和电子设备能够可靠运行,且对用户安全。法规对允许的辐射杂散水平进行了限制。为确保其产品不会超出这些限制,设计人员需要投入大量的时间和精力。EMI 带来挑战的原因之一是,杂散往往与整个系统设计相关。

定义电磁干扰 (EMI)

EMI(也称为射频干扰或 RFI)主要关注的是产品对现有无线电、电视和其他通信系统(例如移动电话)产生的干扰。在美国以外的地区,它还包括产品对于静电放电和电源线瞬变等外部能源的抗干扰能力。这通常适用于商业、消费、工业、医疗和科学产品。辐射杂散通常在距离产品 3 米或 10 米的范围内进行测量。

电磁干扰的原因

EMI 的产生通常源于三个主要因素:产生谐波信号的能量源、类似天线的结构,如辐射谐波的 IO 或电源电缆,以及连接这两者的耦合路径。尽管听起来似乎只需消除其中一个因素,能量源、耦合路径或天线,就能解决 EMI 问题,但实际情况远比这复杂。尽管如此,现代示波器在排除 EMI 问题时仍发挥着至关重要的作用(图 1)。

泰克 6 系列混合信号示波器追踪电磁干扰源

图 1.现代示波器可与近场探头配合使用,以追踪 EMI 源。

虽然大多数设计人员都认为频谱分析仪是调试 EMI 的首选工具,但如今的快速示波器凭借高级触发和频域分析功能,在结合时域和频域 EMI 分析方面可能更具优势。在鉴别电路 EMI 特征时,一个重要的线索是谐波含量是宽带还是窄带。宽带谐波,主要源自数字总线噪声或直流到直流转换器,在频谱中呈现为宽阔的峰值。与之相对,窄带 EMI 则是由处理器、USB 或以太网时钟产生的,它通常呈现为一系列窄谐波相关峰值。

三步识别 EMI 源

许多产品设计师可能熟悉如何使用近场探头来识别 PC 板和电缆上的 EMI“热点”,但可能不知道下一步该如何利用这些信息。下面以 4、5 和 6 系列 B 混合信号示波器上的泰克频谱视图为例,介绍识别杂散故障的三步流程:

第一步 – 使用近场探头(H 场或 E 场)识别 PC 板和内部电缆上的能量源和特征杂散曲线。能量源一般包括时钟振荡器、处理器、RAM、D/A 或 A/D 转换器、DC-DC 转换器和其他产生高频快速数字信号的源。如果产品包含屏蔽外壳,则应检查接缝或其他孔隙是否有泄漏。记录每种能源的杂散曲线。

第二步 – 使用电流探头测量高频电缆电流。请记住,电缆是最有可能辐射射频能量的结构。沿电缆来回移动探头,以尽量获取最高谐波电流。记录每条电缆的杂散曲线。

第三步 – 使用附近的天线(通常测试距离为 1 米)确定实际辐射的谐波信号(图 2)。为此,可以使用连接到泰克 4/5/6 系列 MSO 的未校准天线,与被测产品或系统保持至少 1 米的距离,以测量实际杂散量。

用于识别电磁干扰源的天线和附件

图 2. 一些潜在的天线和附件

一旦通过上述三个步骤中的一个或多个确定了杂散源,您就可以运用过滤、接地和屏蔽知识来减少这些有问题的杂散。尝试确定从产品内部到外部电缆的耦合路径。在某些情况下,可能需要对电路板进行重新设计,比如优化层堆叠或消除穿过回流平面间隙的高速线路等。借助泰克 4/5/6 系列 MSO 示波器中的多域分析工具,可以在一定距离外使用天线实时观察结果,这将大大提高故障排除的效率。

用于 EMI 故障排除的泰克 4、5、6 系列示波器

有关 EMI 故障排除的更多详情,请下载应用说明 – 使用 4、5 和 6 系列 MSO 示波器逐步排除 EMI 故障