电磁干扰量测的仪器与配备

电磁干扰量测的仪器与配备

电磁干扰量测的仪器与配备

摘自赛宝论坛

对于「必须在预算之内能将产品及时推出上市」的观念，相信对绝大多数的厂商而言，已不是什么新鲜事。但是除此之外，仍须有额外的一些新步骤的措施需要执行，方能达到上述的目的，EMC是其中相当重要的一项措施。

随着全球各地相关的EMC法规开始执行，几乎所有的电子产品在销售到市场上之前，都必须先行通过相关单位的EMC规范之后，方能放行。因此愈来愈多的厂家会自行投资一些EMI precompliance的量测设备，主要是在将开发完成的产品送到EMI实验室作EMI full compliance测试之前，能够自行先进行pre-compliance测试，以便能趁早找出问题，来加速EMI compliance测试所须耗费的时间。不管是precompliance或者是compliance测试，都会包括辐射性(radiated)干扰和传导性(conducted)干扰测试。其中辐射性干扰测试是针对待测装置透过空气传送出去的干扰信号，量测频率范围，根据不同规范的定义，约从30MHz到1GHz；而传导性干扰测试则是负责透过AC主电源缆线，由待测装置所产生的干扰信号之测试，其测试频率范围是从9KHz到30MHz不等。

直到目前，全球绝大多数的规范都是首重EMI的问题，只有欧盟除了EMI之外，也强调EMS，也就是待测装置忍受外来干扰的能力。在本文里面将不涵盖EMS测试设备的探讨。Pre-compliance V.S. Full compliance

在前述我们有提及Precompliance和Compliance两种测试，到底这两者之间有何差别呢？首先Full compliance量测所需接收机(也就是涵盖测试设备、配备和场地环境)必须符合CISPR part 16文件的规范。在CISPR part 16文件中规范了必须要拥有一个符合规范的open site测试场地，以及一根天线塔与一张旋转桌，以便能撷取到来自待测装置的最大干扰信号。如此大费周章，只有一个目的，那就是要能获致最佳的精准度和重测度。然而要符合这种规范必须花费相当昂贵的费用，因此不是一般厂家所能投资的。

至于pre-compliance量测，则只需要一部测试设备，即是EMC接收仪或者是频谱分析仪，一个LISN(电源阻抗稳定网络)、天线、闭场探棒(close field probe)和一些缆线即可，图1所示为一些典型的precompliance测试设备与配备。至于precompliance量测所需要的场地就不若compliance所要求地那么严格，用于precompliance量测的场地，我们称之为open area测试场地(简称OATS，open area test site)。

Precompliance量测流程

Precompliance量测的流程相当直接且简单，但是在执行量测试之前，有些问题仍须先弄清楚：

a.产品要销往何处(例如美国、欧洲，抑或是日本...)？

b.产品的等级为何(例如是属于信息产品，或者是工业/科学/医学(ISM设备)，抑或是电动车或通讯产品)？

c.产品的用途为何(例如是家用、商用，或是轻工业/重工业)？

当您弄清楚了上述问题的答案之后，您就可以决定出您的产品应该采用何种测试规范了，表1列举了几种常见且重要的规范供您参考。举个例子来说，如果您所生产的产品是属于信息类产品的话，同时您将此产品销往美国境内，那么您就必须让此产品通过FCC part 15规范。

EMI测试设备与配备

EMI分析仪与配备是整个量测过程当中相当重要的部份，在此我们将对这些测试设备与配备作一个扼要的介绍：

EMI测试设备

目前绝大多数的EMI测试设备都是利用一部扫频式频谱分析仪来改装，这其中有两个部份是与传统频谱分析仪有所差异的，首先是中频滤波器的解析频宽，传统的频谱分析仪的中频滤波器系以1-3-10的刻度来改变其解析频宽，但是用于EMI量测的频谱分析仪就不是这样，EMI量测所对应的中频滤波器之解析频宽系是根据频带不同而定；其次是检波器，用于EMI量测的检波器种类有三种，分别是峰值(peak)、均值(Average)和Quasi-Peak三种检波器。一开始EMI量测是采用峰值检波器，这种检波器的速度比Quasi-Peak和均值检波器都来得快。传统EMC分析仪或频谱分析仪显示屏所显示的信号量测结果都是用峰值检波的方式。峰值检波模式所测得的振幅位准都会等于或者高于Quasi-Peak或均值检波模式。图2为峰值检波的工作原理。一般EMC分析仪都会内建一个峰值检波器在中频电路区段，峰值检波器的充放电时间常数快到足以检测到中频信号的波封。

绝大多数的辐射与传导干扰量测是根据Quasi-Peak检波模式而定，Quasi-Peak检波器是根据待测信号的重复率(repetition rate)来加权侦测的结果，当待测信号的重复率增加的时候，由于Quasi-Peak检波器会没有足够的时间来充电较高位准的电压振幅。由图3，我们可以观察到当待测信号的重复率较高；在同样的电压振幅情况下，由Quasi-Peak检波器会检出较高的直流电压位准。对于待测信号是连续波的情况，Quasi-Peak与峰值检波器所检出来的结果是一样的。

由于Quasi-Peak检波器的读值只能等于或小于峰值检波器，您或许会问为何不全部采用Quasi-Peak检波器呢？因为如此一来不就比较容易EMI测试了吗？答案是Quasi-Peak检波器比较容易通过EMI测试，但是相对地，Quasi-Peak检波器比峰值检波器慢得多了。Quasi-Peak检波器的充电速率较快于放电速率，所以对于那些有较高重复率的待测信号而言，Quasi-Peak检波器会检出较高的电压输出位准。从另一个角度来看，较高振幅，较低重复率的待测信号与较低振幅，较高重复率的待测信号会获致相等的输出电压位准，基本上重复率和振幅的比率是完全线性的。

除了Quasi-Peak和峰值检波器之外，还有第三种检波器－均值检波器。均值检波器主要是在某些传导干扰量测当中，搭配Quasi-Peak检波器一起来使用。另外在超过1GHz以上的辐射干扰量测也是采用均值检波器，均值检波器的输出位准永远低于或者等于峰值检波器。基本上，从外观来看，均值检波器很类似于峰值检波器，图4为均值检波器的工作原理，峰值检波的动作只有发生在当检波频宽较解析频宽为宽时，而均值检波则是激活于当被检波完毕的波封信号会经过一个频宽远低于解析频宽的滤波器，该滤波器会滤波处理那些较高频率的分量，例如像噪声。

EMI测试配备

在讨论过EMI测试设备之后，我们来看看EMI测试配备，在这里我们将介绍几个常见于EMI测试的配备。

LISN

LISN存在的目的有三个：

a.LISN会隔绝来自待测装置的主电源，提供给待测装置的主电源必须相当干净，任何主电源上的噪声会有可能耦合EMC分析仪，并且被判读成是由待测装置所产生的噪声。

b.LISN会隔绝由待测装置所产生，但是是被耦合到主电源的噪声，过多的噪声出现在主电源会造成其它共享同一个主电源的装置出现干扰的情况。

c.由待测装置所产生的信号(干扰噪声)会利用LISN内建的高通滤波器耦合到EMC分析仪，高通滤波器的带通频带从信号的角度来看是50欧姆。图5为LISN的电路示意图，在图5里面，我们可以看到一个1μf电容与一个50μH电感组成了一个滤波器，负责从待测装置隔离出主电源，而50μH电源则是用来阻挡来自待测装置主电源所产生的高频噪声，让这