電磁兼容測試：傳導測試
發(fā)布時間：
2022-09-13 
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進行電磁兼容測試需要相對專業(yè)的設備和技術，并且對于大多數(shù)公司來說，進行該項測試的費用也是相當高昂的。但是一般情況下大多數(shù)產品是需要通過專業(yè)的檢測機構進行電磁兼容測試認證，才能完成一個完整的產品開發(fā)周期，從而被客戶認可。
遺憾的是，很多產品都難以一次性通過電磁兼容測試。測試失敗以后，工程師們需要解決在兼容測試中出現(xiàn)的問題的同時花費高額費用進行再次測試，這不但增加了成本而且延遲了產品的發(fā)布時間，這些對于公司來說都是重大的損失。
幸而，我們可以通過一些簡易的設備和技術來幫助減少這種時間成本上的損失：預兼容測 
引言
進行電磁兼容測試需要相對專業(yè)的設備和技術，并且對于大多數(shù)公司來說，進行該項測試的費用也是相當高昂的。但是一般情況下大多數(shù)產品是需要通過專業(yè)的檢測機構進行電磁兼容測試認證，才能完成一個完整的產品開發(fā)周期，從而被客戶認可。
遺憾的是，很多產品都難以一次性通過電磁兼容測試。測試失敗以后，工程師們需要解決在兼容測試中出現(xiàn)的問題的同時花費高額費用進行再次測試，這不但增加了成本而且延遲了產品的發(fā)布時間，這些對于公司來說都是重大的損失。
幸而，我們可以通過一些簡易的設備和技術來幫助減少這種時間成本上的損失：預兼容測試技術可以找出并解決設計中的問題，從而免去多次使用昂貴測試設備的經濟負擔。
在這篇文章中，我們將要介紹如何用預兼容測試去進行傳導測試。所涉及的相關技術可以減少重復進行兼容測試的次數(shù)，從而節(jié)省時間和金錢，同時可以使產品設計者對產品電磁設計方面的相關知識更了解，這些知識和經驗也對設計者將來的相關產品設計大有裨益。
預兼容測試可以幫助你找到并解決可能阻礙你通過兼容測試的問題，但必須要知道，在大多數(shù)實驗室環(huán)境下，預兼容測試并不能完全替代兼容測試！
傳導干擾
傳導干擾測試包括測量由任何連接在一起的線纜（包括電源線，信號線或者數(shù)據(jù)線）帶來的射頻干擾。大多數(shù)制定的電磁測量標準都主要關注測量市電交流電源線，因為電源線纜上過多的非供電能量會導致該相同電網下設備間的相互影響，尤其是對于調幅無線電信號或者是其它廣播頻段的影響尤為嚴重。
傳導干擾測試需要一臺頻譜儀（如圖1），兩塊做地使用的接合金屬板，和一個線路阻抗穩(wěn)定網絡（LISN）。LISN為待測設備（DUT）提供電源，并且把待測設備射頻信號通過電源線或信號線向外發(fā)射的干擾提取到頻譜儀來測量。我們會加上瞬態(tài)保護以及衰減來減少待測大信號可能對頻譜儀的損壞。
△圖1 頻率范圍為2.1GHz的頻譜儀
△圖2 所示為一個典型的傳導干擾測量的模型。
圖2 典型的傳導干擾配置，用衰減器和瞬態(tài)抑制器來保護頻譜儀的輸入端（DUT指被測設備）。
搭建一個傳導干擾試驗模擬實驗室相對經濟可行，而且這種設備對環(huán)境中的其他射頻信號是不敏感的，這使得傳導預兼容測試的結果數(shù)據(jù)比輻射預兼容測試的結果數(shù)據(jù)要“干凈準確”得多。
設備清單
頻譜儀/EMI接收機：測量相對于頻率的射頻功率。頻譜儀的最大輸入頻率不低于1GHz，DNAL最高為-100dBm(-40dBuV)，至少10KHz的最小分辨率帶寬（RBW）
瞬態(tài)抑制器（選配）：頻譜儀是敏感的射頻能量測量設備，瞬態(tài)抑制器可以限制信號中瞬態(tài)毛刺的能量，避免造成頻譜儀輸入端口被擊穿損壞。
衰減器（選配）：對于可能存在的連續(xù)能量輸入，使用幾個3dB或10dB衰減器，以保護頻譜儀的輸入端免受意外的大功率信號損壞。
LISN：把傳導輻射從待測設備的電源線中耦合到頻譜儀或者EMI接收機上，需要選擇符合測試標準和電氣需求的LISN。
注：通讀你的LISN用戶手冊！有些設計可能存在一些危險電壓，需要對設備安全操作！
水平地平面：導電金屬片的尺寸至少要比被測設備外周的寬多15厘米，長度比其長40厘米，以適應從被測設備到垂直接地平面的間距。
垂直地平面：導電金屬片的尺寸大于被測設備的外周寬多15厘米，長度長80厘米，以適應從被測設備到水平接地平面的間距，接地平面應使用低阻抗（例如導電帶）沿著兩個平面對接的地方互相連接。
LISN連接片：短金屬導電片將LISN接合/接地到水平接地層，優(yōu)先選擇低阻抗（可能是薄的金屬帶）的導電片，盡量不要使用導線連接。
不導電臺面：比待測設備大一點?？梢允悄局频?，塑料制的或者是玻璃纖維的，一般不建議選擇金屬制的。
環(huán)境設置
△圖3 頻譜分析儀的開路的本底噪聲。注意dBuV幅度單位，對數(shù)頻率縮放和藍色限制線。這些功能使掃描評估更方便
第一次掃描：
如下圖4所示一個峰值掃描失敗的結果。
△圖4 初步掃描顯示超過B級限度的傳導干擾
成功通過掃描和總結：
上面闡述的第一次掃描，是為了給尋找潛在干擾能量提供一個比較好的參考。但是，頻譜儀的參數(shù)設置可以與大多數(shù)規(guī)格書中標示的設置不同，我們建議對頻譜儀進行如下設置：RBW = 10kHz, Detector = Positive Peak, Span = 30MHz。這些設置可以使你盡快對問題區(qū)域進行分析，而且快速對待測設備的傳導輻射能有一個基本概念。
以下是一些可進行更全面測試的參考技術方法：
1.大多數(shù)頻譜儀沒有預選濾波器。如果你使用一臺沒有預選濾波器的頻譜儀，那么你得到的峰值可能是假的，這是由于帶外信號混入到待測信號里面，沒有預選濾波器的頻譜儀有可能會得到一個錯誤的峰值。
你可以外加一個衰減器（3或者10dB）來測峰值。實際峰值減少的量將會和加入衰減的量一致。如果峰值減小的量比加入比衰減量大，那么這就可能是一個假峰。在你的測試結果記錄上對這個假峰進行標注。你也可以使用標準的EMI濾波器或者預選器，這些操作雖然可以加快測試但同時也會帶來高成本。
以下圖5是一個典型的峰值測試實驗，黃色的軌跡是沒有使用衰減器得到的，紫色的則是給頻譜儀的射頻輸入端外加了一個10 dB的衰減器得到的，這種情況下，峰值下降的量和所添加的衰減量是一致的。這幫助我們確認了該峰值是真峰而不是帶外信號的產物。
△圖5 使用頻譜儀的標記功能對兩次掃描結果進行標記黃色的軌跡是沒有使用衰減器得到的，紫色的則是給頻譜儀的射頻輸入端外加了一個10dB的衰減器得到的
2.一些頻譜儀會選配非常接近標準兼容測試所需的工具包
通過將分析儀的中心頻率設置為感興趣的峰值頻率去對失敗的峰值進行放大觀察。設置掃寬為指定標準RBW的10倍（如果指定RBW為9kHz,那么設置掃寬為90kHz或100kHz），然后開啟EMI濾波功能，使用準峰值檢波器，RBW設為9kHz,觀察掃描結果。
準峰值檢波器進行掃描時間會比較長，準峰值測量結果也不會超過正峰值，但是使用準峰值掃描可以減少設計方案所用的時間。
3.一些頻譜儀有最大保持功能，可以保存下來每一次掃描頻率的最高幅值。你可以通過設置一條跡線為清除寫入狀態(tài)來表示當前輸入的射頻信號，并且設置另一條跡線為最大保持狀態(tài)。這些操作使你可以對比待測設備的變化和在最糟糕的情況下獲得的數(shù)據(jù)或者是使用最大保持功能所保存下的數(shù)據(jù)。
4.如果可能的話，你可以使用光標工具和峰值記錄表來清楚的獲取峰值的頻率和幅度。
△圖6 使用峰值表和光標的頻譜儀SSA3000X界面
軟件
為了減少用戶的EMI預兼容環(huán)境設置，收集數(shù)據(jù)和測試報告整理的繁瑣步驟，EasySpectrum軟件給用戶提供了一個集中設置，快速存儲和回調校準數(shù)據(jù)和設置限制線功能，整理掃描報告的環(huán)境。
△ 圖7 由鼎陽的EasySpectrum上位機軟件所獲的EMI掃描報告
總結
只要是連接到交流電網上的電器產品都需要通過電磁兼容傳導測試。雖然各公司可以進行自我認證，但建議由第三方實驗室進行嚴格的兼容性合規(guī)測試。只是第三方實驗室的測試花費比較高，并且時間較長。而通過使用一些簡單的工具，你可以進行一些室內的預兼容測試，從而減小產品的整個生產周期，降低設計成本，減少兼容測試的次數(shù)，也為將來的產品設計積累經驗。
進行電磁兼容測試需要相對專業(yè)的設備和技術，并且對于大多數(shù)公司來說，進行該項測試的費用也是相當高昂的。但是一般情況下大多數(shù)產品是需要通過專業(yè)的檢測機構進行電磁兼容測試認證，才能完成一個完整的產品開發(fā)周期，從而被客戶認可。
遺憾的是，很多產品都難以一次性通過電磁兼容測試。測試失敗以后，工程師們需要解決在兼容測試中出現(xiàn)的問題的同時花費高額費用進行再次測試，這不但增加了成本而且延遲了產品的發(fā)布時間，這些對于公司來說都是重大的損失。
幸而，我們可以通過一些簡易的設備和技術來幫助減少這種時間成本上的損失：預兼容測試技術可以找出并解決設計中的問題，從而免去多次使用昂貴測試設備的經濟負擔。
在這篇文章中，我們將要介紹如何用預兼容測試去進行傳導測試。所涉及的相關技術可以減少重復進行兼容測試的次數(shù)，從而節(jié)省時間和金錢，同時可以使產品設計者對產品電磁設計方面的相關知識更了解，這些知識和經驗也對設計者將來的相關產品設計大有裨益。
預兼容測試可以幫助你找到并解決可能阻礙你通過兼容測試的問題，但必須要知道，在大多數(shù)實驗室環(huán)境下，預兼容測試并不能完全替代兼容測試！
傳導干擾
傳導干擾測試包括測量由任何連接在一起的線纜（包括電源線，信號線或者數(shù)據(jù)線）帶來的射頻干擾。大多數(shù)制定的電磁測量標準都主要關注測量市電交流電源線，因為電源線纜上過多的非供電能量會導致該相同電網下設備間的相互影響，尤其是對于調幅無線電信號或者是其它廣播頻段的影響尤為嚴重。
傳導干擾測試需要一臺頻譜儀（如圖1），兩塊做地使用的接合金屬板，和一個線路阻抗穩(wěn)定網絡（LISN）。LISN為待測設備（DUT）提供電源，并且把待測設備射頻信號通過電源線或信號線向外發(fā)射的干擾提取到頻譜儀來測量。我們會加上瞬態(tài)保護以及衰減來減少待測大信號可能對頻譜儀的損壞。
△圖1 頻率范圍為2.1GHz的頻譜儀
△圖2 所示為一個典型的傳導干擾測量的模型。
圖2 典型的傳導干擾配置，用衰減器和瞬態(tài)抑制器來保護頻譜儀的輸入端（DUT指被測設備）。
搭建一個傳導干擾試驗模擬實驗室相對經濟可行，而且這種設備對環(huán)境中的其他射頻信號是不敏感的，這使得傳導預兼容測試的結果數(shù)據(jù)比輻射預兼容測試的結果數(shù)據(jù)要“干凈準確”得多。
設備清單
頻譜儀/EMI接收機：測量相對于頻率的射頻功率。頻譜儀的最大輸入頻率不低于1GHz，DNAL最高為-100dBm(-40dBuV)，至少10KHz的最小分辨率帶寬（RBW）
瞬態(tài)抑制器（選配）：頻譜儀是敏感的射頻能量測量設備，瞬態(tài)抑制器可以限制信號中瞬態(tài)毛刺的能量，避免造成頻譜儀輸入端口被擊穿損壞。
衰減器（選配）：對于可能存在的連續(xù)能量輸入，使用幾個3dB或10dB衰減器，以保護頻譜儀的輸入端免受意外的大功率信號損壞。
LISN：把傳導輻射從待測設備的電源線中耦合到頻譜儀或者EMI接收機上，需要選擇符合測試標準和電氣需求的LISN。
注：通讀你的LISN用戶手冊！有些設計可能存在一些危險電壓，需要對設備安全操作！
水平地平面：導電金屬片的尺寸至少要比被測設備外周的寬多15厘米，長度比其長40厘米，以適應從被測設備到垂直接地平面的間距。
垂直地平面：導電金屬片的尺寸大于被測設備的外周寬多15厘米，長度長80厘米，以適應從被測設備到水平接地平面的間距，接地平面應使用低阻抗（例如導電帶）沿著兩個平面對接的地方互相連接。
LISN連接片：短金屬導電片將LISN接合/接地到水平接地層，優(yōu)先選擇低阻抗（可能是薄的金屬帶）的導電片，盡量不要使用導線連接。
不導電臺面：比待測設備大一點?？梢允悄局频?，塑料制的或者是玻璃纖維的，一般不建議選擇金屬制的。
環(huán)境設置
- 把待測設備放到一個不導電臺面的中間位置。
- 將水平接地平面放置在被測設備下80厘米處，并正好位于被測設備正下方。
- 將垂直接地層放置在距離被測設備中心40厘米的中心。并連接到水平地平面。
- 使用LISN連接片將LISN連接到水平接地層。
- 將頻譜分析儀/EMI接收機放置在距離水平接地平面/測試區(qū)域邊緣幾英尺處，并將其接通電源。
- 對頻譜儀/EMI接收機進行上電預熱。
- 給LISN通電，但是此時不要給待測設備通電
- 將LISN 射頻輸出連接到頻譜分析儀的射頻輸入，同時加上瞬態(tài)限制器以及3dB或10dB的外部衰減器
- 設置起始頻率為150kHz
- 設置截止頻率為30MHz
- 設置RBW為1MHz
- 將檢測器設置為正峰值
- 將LISN校正數(shù)據(jù)輸入頻譜分析儀，并啟用校正功能以確保測量的準確性
- 許多頻譜儀具有創(chuàng)建Limit限值模板的功能。如果你的頻譜儀有這個功能，可以把感興趣的特定限值添加到頻譜儀里。這樣做可以可視化地顯示您測試的值是否超過限值從而簡化評估
- （選配）如果使用瞬態(tài)抑制器，請將校正數(shù)據(jù)輸入頻譜儀，并啟用校正功能以確保測量的準確性
- （選配）如果使用外部衰減器，請將校正數(shù)據(jù)輸入分析儀，并啟用校正功能以確保測量的準確性
- （選配）一些EMC限制標準的單位是dBuV和頻率對數(shù)。大多數(shù)的頻譜儀允許設置單位為dBuV，水平標度單位為頻率對數(shù)。
- 如果沒有輸入連接，請觀察頻譜分析儀上的跡線。它應該是平滑而且非常低的功率值。你也可以將RBW減少至10kHz或者直接關閉輸出。這時的顯示即為儀器的本底噪聲。此時，我們可以把以上述步驟頻譜儀上所顯示的圖片都保存下來,以供之后參考。
△圖3 頻譜分析儀的開路的本底噪聲。注意dBuV幅度單位，對數(shù)頻率縮放和藍色限制線。這些功能使掃描評估更方便
第一次掃描：
- 斷開LISN輸出與頻譜分析儀輸入的連接
- 將電源線從被測設備連接到LISN。注意不要纏繞電源線。 確保它平放，并且不經過被測設備和水平地平面之間
- 給被測設備上電
- 再次把LISN的射頻輸出連接到頻譜儀的射頻輸出
- 觀察掃描結果并且標注任何3dB以內或者是超過限值的峰值。這些都是問題可能發(fā)生的區(qū)域。
如下圖4所示一個峰值掃描失敗的結果。
△圖4 初步掃描顯示超過B級限度的傳導干擾
成功通過掃描和總結：
上面闡述的第一次掃描，是為了給尋找潛在干擾能量提供一個比較好的參考。但是，頻譜儀的參數(shù)設置可以與大多數(shù)規(guī)格書中標示的設置不同，我們建議對頻譜儀進行如下設置：RBW = 10kHz, Detector = Positive Peak, Span = 30MHz。這些設置可以使你盡快對問題區(qū)域進行分析，而且快速對待測設備的傳導輻射能有一個基本概念。
以下是一些可進行更全面測試的參考技術方法：
1.大多數(shù)頻譜儀沒有預選濾波器。如果你使用一臺沒有預選濾波器的頻譜儀，那么你得到的峰值可能是假的，這是由于帶外信號混入到待測信號里面，沒有預選濾波器的頻譜儀有可能會得到一個錯誤的峰值。
你可以外加一個衰減器（3或者10dB）來測峰值。實際峰值減少的量將會和加入衰減的量一致。如果峰值減小的量比加入比衰減量大，那么這就可能是一個假峰。在你的測試結果記錄上對這個假峰進行標注。你也可以使用標準的EMI濾波器或者預選器，這些操作雖然可以加快測試但同時也會帶來高成本。
以下圖5是一個典型的峰值測試實驗，黃色的軌跡是沒有使用衰減器得到的，紫色的則是給頻譜儀的射頻輸入端外加了一個10 dB的衰減器得到的，這種情況下，峰值下降的量和所添加的衰減量是一致的。這幫助我們確認了該峰值是真峰而不是帶外信號的產物。
△圖5 使用頻譜儀的標記功能對兩次掃描結果進行標記黃色的軌跡是沒有使用衰減器得到的，紫色的則是給頻譜儀的射頻輸入端外加了一個10dB的衰減器得到的
2.一些頻譜儀會選配非常接近標準兼容測試所需的工具包
- EMI 濾波器 (根據(jù)不同頻率而選擇6dB或者3dB的標準)
- RBW 帶寬：200Hz, 9kHz, 或120kHz
- 準峰值檢波器
通過將分析儀的中心頻率設置為感興趣的峰值頻率去對失敗的峰值進行放大觀察。設置掃寬為指定標準RBW的10倍（如果指定RBW為9kHz,那么設置掃寬為90kHz或100kHz），然后開啟EMI濾波功能，使用準峰值檢波器，RBW設為9kHz,觀察掃描結果。
準峰值檢波器進行掃描時間會比較長，準峰值測量結果也不會超過正峰值，但是使用準峰值掃描可以減少設計方案所用的時間。
3.一些頻譜儀有最大保持功能，可以保存下來每一次掃描頻率的最高幅值。你可以通過設置一條跡線為清除寫入狀態(tài)來表示當前輸入的射頻信號，并且設置另一條跡線為最大保持狀態(tài)。這些操作使你可以對比待測設備的變化和在最糟糕的情況下獲得的數(shù)據(jù)或者是使用最大保持功能所保存下的數(shù)據(jù)。
4.如果可能的話，你可以使用光標工具和峰值記錄表來清楚的獲取峰值的頻率和幅度。
△圖6 使用峰值表和光標的頻譜儀SSA3000X界面
軟件
為了減少用戶的EMI預兼容環(huán)境設置，收集數(shù)據(jù)和測試報告整理的繁瑣步驟，EasySpectrum軟件給用戶提供了一個集中設置，快速存儲和回調校準數(shù)據(jù)和設置限制線功能，整理掃描報告的環(huán)境。
△ 圖7 由鼎陽的EasySpectrum上位機軟件所獲的EMI掃描報告
總結
只要是連接到交流電網上的電器產品都需要通過電磁兼容傳導測試。雖然各公司可以進行自我認證，但建議由第三方實驗室進行嚴格的兼容性合規(guī)測試。只是第三方實驗室的測試花費比較高，并且時間較長。而通過使用一些簡單的工具，你可以進行一些室內的預兼容測試，從而減小產品的整個生產周期，降低設計成本，減少兼容測試的次數(shù)，也為將來的產品設計積累經驗。
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