企業(yè)內部電磁兼容實(shí)驗室建設方案及測試方法

產(chǎn)品必須符合EMC("電磁兼容)要求，歐洲規定：銷(xiāo)售違反電磁兼容法令(89/336/EEC)的產(chǎn)品將面臨高額罰款，因此，商家越來(lái)越重視產(chǎn)品的電磁兼容性問(wèn)題，為了降低成本，要根據公司需求和規模的不同，組建一個(gè)EMC實(shí)驗室，本文介紹建設公司內部EMC測試設備的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和方法。

組建一個(gè)電磁兼容實(shí)驗室的*小需求取決于公司的需要和財務(wù)狀況。通常，公司將力求節省經(jīng)費(在設備和人力資源兩方面)，并盡量降低風(fēng)險。但有一點(diǎn)必須明白，世界上不會(huì )有“低成本、低風(fēng)險和低EMC技術(shù)”這樣的好事。工程師必須掌握高度的技巧，才可能設計出具有相當性能的低成本設備。精度越低的產(chǎn)品，其風(fēng)險也會(huì )越高。

在組建一個(gè)公司內部EMC實(shí)驗室時(shí)，無(wú)論其規模大小如何，都必須遵從一些*起碼的指導原則。首先，建成EMC實(shí)驗室的房間或地方必須潔凈，沒(méi)有無(wú)關(guān)物品，完全專(zhuān)用于EMC測量。只要條件許可，優(yōu)良需要一個(gè)由金屬制成并可靠連接大地的地參考平面；如果條件不允許(如房間不在**層)，至少應該接保護地系統。實(shí)驗室內的所有金屬物體必須可靠接地或予以**。電源系統必須“凈化”(在電源進(jìn)入EMC實(shí)驗室之前的某處正確接入線(xiàn)濾波器)。

EMC測試設備的配置

1)傳導發(fā)射測試---需要一臺頻譜分析儀(或EMI接收器)、電纜和LISN(線(xiàn)阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )，手工制作或外購)，如果可能的話(huà)，還應該有一個(gè)屏蔽房間(*起碼有一個(gè)屏蔽帳篷)和一張距地面80cm的絕緣桌。

2)輻射發(fā)射測試---需要同樣的頻譜分析儀或EMI接收器、一副天線(xiàn)、電纜和OATS(開(kāi)放區域測試場(chǎng)地或(半)電波暗室)；為測量干擾功率而制作或外購的吸收鉗。

3)諧波測試(與閃爍測試)---如果要進(jìn)行完全兼容測試，則需要專(zhuān)用設備(專(zhuān)用諧波分析儀)；但如果僅為評估的話(huà)，一臺便攜式諧波分析儀甚至一臺能進(jìn)行FFT評估的示波器就足夠了。

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

5)VSPACE=12HSPACE=12ALT="圖2：輻射發(fā)射測試裝置。">輻射電磁場(chǎng)抗擾度測試---需要與輻射發(fā)射測試類(lèi)似的設備，此外還需要信號發(fā)生器、放大器、衰減器、場(chǎng)強儀，可能還需要一臺計算機。

6)傳導騷擾抗擾度測試---需要的設備與1)和5)類(lèi)似，另外再加上CND(異種耦合解耦網(wǎng)絡(luò ))，但不需要天線(xiàn)。

7)電快速瞬變(EFT/Burst)抗擾度測試。

8)浪涌抗擾度測試。

9)電源頻率磁場(chǎng)抗擾度測試。

10)電壓驟降、短時(shí)中斷與電壓變化抗擾度測試。

從7)到10)的*后四項測試需要專(zhuān)用設備。

值得注意的是，測量設備的制造商和經(jīng)銷(xiāo)商通常提供執行不同測試的包裝和(或)全套裝置，以及有關(guān)如何按照*新標準執行這些測試的指導甚至培訓。請向*近的當地銷(xiāo)售代表查詢(xún)設備的性能和功用。大部分情況下，設備都有根據標準需求預設的測試程序，請首先閱讀說(shuō)明手冊。

內部預兼容測試

預兼容測試并無(wú)定義，但*起碼我們有理由假定測試必須在盡可能接近標準要求的條件下進(jìn)行。

1)傳導發(fā)射的測試
多年來(lái)，電子產(chǎn)品制造商遇到的*困難的問(wèn)題可能就是在傳導發(fā)射方面，因此本文首先就此進(jìn)行討論。

這個(gè)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(被測設備)，如果它是臺式的，必須安放在一個(gè)距地面80cm高的絕緣桌上；輔助設備(外設)，按正常使用方式連接，未使用的輸入和輸出必須正確端接，多余的電纜必須截短，或繞成直徑30~40cm的一卷。頻譜分析儀(或EMI接收器)在0.15~30MHz的頻率范圍內必須具有9kHz的分辨率帶寬(RBW)。測量過(guò)程在CISPR16-1和產(chǎn)品規范標準中有詳細描述，如果正確執行，其結果與第三方實(shí)驗室的測試將3)諧波和閃爍測試。

諧波和閃爍測試沒(méi)有環(huán)境方面的要求。只需將EUT連接到諧波分析儀的電源入口，并根據廠(chǎng)商的說(shuō)明和標準的要求執行測試即可。同樣，測試設備將包含一些已有的設置，但工程師必須確保這些測試設置符合自己產(chǎn)品的標準要求。如果評估時(shí)使用其他方法(如便攜式電源諧波分析儀)，請仔細閱讀標準要求，然后再評估測量結果。

4)ESD抗擾度測試
ESD抗擾度測試對于大型設備可能并不是很重要。但在今天這個(gè)各種產(chǎn)品普遍小型化的時(shí)代，ESD測試已成為大部分設備的“關(guān)鍵”EMC測試之一，例如對便攜式計算器、MP3和MD播放器、USB存儲棒、音頻設備等等。
由圖可見(jiàn)，EUT仍然安放在一張絕緣桌上，位于HCP(水平耦合平面，由一種金屬傳導材料制成)上，并通過(guò)一個(gè)絕緣抗靜電襯墊與其隔離。VCP(垂直耦合平面)和HCP分別連接到地參考平面，每個(gè)連接端各使用一只470kΩ的電阻。對于EUT的每個(gè)側面和VCP、HCP，以及EUT上每個(gè)用手能觸摸到的金屬表面，分別使用鋒利**進(jìn)行接觸放電(直接放電)，通常每個(gè)極性5次。對于機箱的所有塑料部分，則利用圓形**進(jìn)行空氣放電(間接放電)。

5)輻射電磁場(chǎng)抗擾度的測試
輻射電磁場(chǎng)抗擾度的測試裝置與輻射發(fā)射測試非常類(lèi)似，但是在這項測試中，信號發(fā)生器和功率放大器將饋送給天線(xiàn)，以便在EUT附近產(chǎn)生“均勻電磁場(chǎng)”(±6dB)(在頻率范圍80~1000VSPACE=12HSPACE=12ALT="磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的實(shí)例。">MHz、AM、1kHz、80％調制深度下為3V/m或10V/m)。需要注意的是，不同產(chǎn)品的頻率范圍也不相同。

6)傳導騷擾抗擾度測試
傳導騷擾抗擾度測試的目的是在EUT端口輸入建立3V電平(有效值，150kHz~230MHz、AM、1kHz、80%調制深度)。信號發(fā)生器和功率放大器必須提供足夠的功率，以便CDN能將信號耦合到被測線(xiàn)。由于測試項目3)、7)、8)、9)、10)使用的是高度專(zhuān)業(yè)化的設備，如果實(shí)驗室中有這些設備，工程師無(wú)需太多操作，只要正確連接EUT就可以了，*重要的任務(wù)是監控EUT的工作方式。

如何進(jìn)行近場(chǎng)測試
本文前面的介紹部分講過(guò)，近場(chǎng)測試非常適合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段。在這個(gè)階段，標準測試方法或許能給出**的結果，但卻無(wú)法顯示問(wèn)題的來(lái)源所在。在挑選元件時(shí)，有些控制器芯片的輻射要比其他芯片低40dB，或具有更高的抗擾度。即使在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成，執行兼容測試未通過(guò)之后，標準測試方法也幾乎無(wú)法給出有關(guān)問(wèn)題來(lái)源的任何信息。在印制板上等，工程師們使用近場(chǎng)測試探針進(jìn)行測量，也可能使用缺陷檢測器等。

然而另一方面也必須了解，近場(chǎng)測試探針(幾乎)不能給出有關(guān)設備傳導或輻射水平的任何信息，其誤差為20～40dB。但近場(chǎng)測試探針可以保證一點(diǎn)：每次使用時(shí)，其測量結果總要好于前述的各種測量。為了通過(guò)近場(chǎng)測試探針大致了解產(chǎn)品是否能通過(guò)EMC測試，需要在已經(jīng)確知結果的樣品上進(jìn)行多次嘗試。
一些磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的例子。它們的優(yōu)點(diǎn)是容易制作，外購也相當便宜。它們都使用50Ω的電纜，并連接到一臺(廉價(jià)的)頻譜分析儀。

近場(chǎng)探針用來(lái)拾取電磁場(chǎng)的全部?jì)蓚€(gè)分量。雖然市場(chǎng)上有一些非常靈敏的電磁場(chǎng)場(chǎng)強儀，但電磁場(chǎng)的近場(chǎng)場(chǎng)強并不太容易測量。它們無(wú)法給出輻射噪聲頻率成分的任何信息，但可以方便地指出“問(wèn)題分量”。近場(chǎng)探針在連接到頻譜分析儀時(shí)，還可給出頻率成分信息。

磁場(chǎng)探針提供一個(gè)與磁射頻(RF)場(chǎng)強成比例的輸出電壓。利用這個(gè)探針很容易找到電路的射頻源。不過(guò)，磁場(chǎng)的場(chǎng)強隨距離迅速變化(成三次方關(guān)系)。另外，探針的方向至關(guān)重要，因為磁場(chǎng)方向一定是垂直于磁環(huán)路的。前面已經(jīng)指出，探針將不會(huì )給出太多的量化信息，但對于某個(gè)元件(IC、開(kāi)關(guān)三極管等)，隨著(zhù)探針距離元件越來(lái)越近，探針的電壓輸出也將增大。

即使周?chē)性S多元件，通過(guò)研究原理圖，設計者也可以很容易地辨認出噪聲源。如果工程師決定更換元件，他將很容易測量出更換后的結果，這使得在開(kāi)始時(shí)就選擇可靠的元件成為可能。VSPACE=12HSPACE=12ALT="圖4(a)和(b)：磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的實(shí)例。

管腳探針允許直接在IC管腳或PCB的細導線(xiàn)上鑒別噪聲電壓。還能方便地判斷濾波器的效果，盡管只是一種定性的判斷。管腳探針可以在濾波器的前、后分別進(jìn)行接觸測量，并觀(guān)察其效果情況。但工程師必須正確估計接觸電容，并選擇電容較小的探針(不大于10pF)。

電場(chǎng)探針可拾取共模電壓和需要的信號。共模電壓是輻射電壓的一個(gè)重要來(lái)源。此外，磁場(chǎng)探針無(wú)法拾取電場(chǎng)?？梢宰C明，使用全部三種探針是有益和省時(shí)的。

本文介紹了擁有公司內部EMC測試設備的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?？傮w而言，除了設備成本、占用空間，以及可能的人員培訓這些投入之外，擁有EMC能力并沒(méi)有什么不利。無(wú)論如何，EMC技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中必不可少，公司必須以某種方式進(jìn)行這方面的投資(如依靠第三方咨詢(xún)公司的服務(wù))，忽視它的代價(jià)將是高昂的。