EMC 預(yù)測試技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量不可少的手段

1 引言
電磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指電子、電氣設(shè)備共處一個環(huán)境中能互不干擾、兼容工作的能力。對于一個設(shè)備，既要求它不產(chǎn)生過大的干擾使其它設(shè)備工作失常，也要求它具有一定的抗干擾能力，以保證在其它設(shè)備發(fā)出的干擾環(huán)境下能正常工作。
為了獲得一個產(chǎn)品(設(shè)備、系統(tǒng))優(yōu)良的EMC，其中之一是預(yù)測產(chǎn)品可能存在的EMC問題。它包括了以下二個方面：⑴電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干擾耦合路徑特性、受試設(shè)備的電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特性的物理模擬預(yù)測與數(shù)學(xué)模擬預(yù)測；⑵研究科學(xué)可行的EMC測試與試驗技術(shù)，即包括測試方法與測試設(shè)備。值此，本文將對EMC預(yù)測試技術(shù)特征與新型測試設(shè)備及其測試應(yīng)用實例作分析說明。

2 EMC預(yù)測試必不可少
一個產(chǎn)品EMC的評價最終歸結(jié)為是否符合相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，實施這種評價稱為EMC鑒定測試(CompliaHce Measurement)。它是在一個產(chǎn)品投放市場前的最后階段完成的。其實，按照一個產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)全過程中所需要的EMC測試量而言。鑒定測試只占了不到10%，90%的測試工作量是在此前完成的，包括準(zhǔn)電路的板卡、原理樣機、初樣到正樣研制的過程中，通過不斷的EMC測試逐步實現(xiàn)產(chǎn)品良好的電磁兼容性。將這90%的測試工作總稱為EMC預(yù)測試。預(yù)測試可以比鑒定測試精確度低些、粗略一些，以便迅速找出問題并不使測試設(shè)施費用過高。
預(yù)測試儀表在保證必需的精度的同時，縮短測量時間是一個不可忽視的因素。如采用頻譜分析儀既可以保證與EMI接收機有相似的精度，又可顯著提高測量速度，而且價格不足EMI接收機的一半。因此，預(yù)測試常采用頻譜分析儀代替EMI接收機，如圖2（b）所示。也就是說，預(yù)測試系統(tǒng)可以使單位具有全程的EMC檢測手段，可以全面提高產(chǎn)品的EMC特性。

3 如何建立EMC預(yù)測試系統(tǒng)
所謂預(yù)測試系統(tǒng)，實際上也是嚴(yán)格按照國家各種EMC標(biāo)準(zhǔn)進行的，包括設(shè)備、方法等等。但是，預(yù)測試系統(tǒng)具有區(qū)別于鑒定測試的特點主要如下：其一是對環(huán)境要求較低，EMC標(biāo)準(zhǔn)對于環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，一般必須在屏蔽室或暗室中進行，但預(yù)測試的主要目的在于初步摸底，只要找到問題所在即可，所以對環(huán)境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指標(biāo)可以低于認(rèn)證測試；其二是核心測量儀器利用高性能頻譜分析儀，高性能的頻譜分析儀完全具備了EMC檢測的能力，可以取代傳統(tǒng)的EMI接收機，目前有一個共識，頻譜分析儀是建立預(yù)測試系統(tǒng)的最佳選擇；其三是專用的中文軟件；其四是EMC預(yù)測試系統(tǒng)的靈魂是測試軟件與測試附件(傳感器/天線、LISN、衰減器等)。
3.1 EMI預(yù)測試系統(tǒng)的基本組成。
EMI測試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 EMI測試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)主要按照GJBl51A的CEl01、CEi02、REi01和REl02對電子、電氣或機電產(chǎn)品的EMI性能進行測試，檢查受試設(shè)備的相關(guān)EMI性能是否合格。如果不合格必須指出頻率點及其對應(yīng)的幅度值，以備產(chǎn)品設(shè)計人員有針對性地提出解決辦法，將問題較早地消除，為產(chǎn)品進入市場前能通過EMI標(biāo)準(zhǔn)測試奠定堅實的基礎(chǔ)。
系統(tǒng)所采取的測試方法按照前述GJBl52A中有關(guān)部分所規(guī)定的程序進行，包括標(biāo)準(zhǔn)的檢查配置、正式測試配置、校準(zhǔn)步驟、測試步驟和測試完畢所應(yīng)提交的數(shù)據(jù)。
基本的系統(tǒng)測量指標(biāo)：頻率范圍3Hz-26.5GHz；距離容差±5%；頻率容差±2%；，測量接收機幅度容差±2dB；測量系統(tǒng)(包括測量接收機、傳感器、電纜等)容差±3dB；時間(波形)容差±5%。

3.2 系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分
⑴ 硬件部分
包括三個分系統(tǒng)：前端子系統(tǒng)(主要包括傳感器，如電流探頭、環(huán)形天線、桿天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線；電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；衰減器等)、接收機子系統(tǒng)(主要包括頻譜儀、射頻預(yù)選器和EMI分辨帶寬選件等)和主控計算機子系統(tǒng)(主要包括IBM兼容機、PC-GPIB卡、GPIB線纜)。
① 接收機子系統(tǒng)功能與指標(biāo)
接收機子系統(tǒng)是采用新型的E4440A型EMI測量接收機(安捷倫公司產(chǎn))。功能與指標(biāo)如下。
E4440APSA系列頻譜分析儀與全新N9039A射頻預(yù)選器雙劍合璧且精確、快速、頻率高達50GHz的EMI測量接收機。這款新型接收機能夠進行精確和可重復(fù)的測量。測量系統(tǒng)可在整個測量帶寬上提供最佳的幅度和頻率精度。該系統(tǒng)每次掃描8192個數(shù)據(jù)點，可以分析超寬掃寬，同時擁有CISPR所要求的分辨率。另外，全新的射頻預(yù)選器使系統(tǒng)完全符合CISPR標(biāo)準(zhǔn)。可以從旁路快速切換到預(yù)選模式，以進行兼容性測量。EMI測量系統(tǒng)可提供需要的幅度性能和系統(tǒng)精度，以實現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。
② EMI測量系統(tǒng)描述和元件
包含帶有EMI專用軟件的頻譜分析儀E4440A PSA系列、射頻預(yù)選器N9039A與N5181A系統(tǒng)調(diào)整信號發(fā)生器。
③ 進行發(fā)射分析所需的所有特性
9kHz至1GHz射頻預(yù)選；ClSPR帶寬(200Hz、9kHz、120kHz和1MHz)；檢波器(平均值、準(zhǔn)峰值和峰值)；限制線和限制范圍；天線、線纜、放大器和其他設(shè)備的校正因數(shù)；利用外部信號源進行的預(yù)選濾波器校準(zhǔn)；執(zhí)行發(fā)射保護的內(nèi)置限制器；極其靈敏的前置放大器；可從101個變到8192個的數(shù)據(jù)點。
④ 測量精度和可重復(fù)性
1GHz頻率內(nèi)的輻射發(fā)射頻段靈敏度為152dBm；絕對幅度精度為±1.0dB，9kHz至1GHz；輸入VSWR為1.2：1；預(yù)選TOI為+5dBm；100MHz掃寬時的掃寬精度：20kHz典型值。
⑵ 軟件部分
從功能上可以將該軟件系統(tǒng)劃分為五個模塊：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)檢測模塊、掃描模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和測試結(jié)果輸出模塊。

4 實用新型的電磁兼容性(EMC)測試設(shè)備
4.1 EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)
采用陣列探頭和電子掃描技術(shù)的近場測量系統(tǒng)，能獲取被測物完整電磁場信息的測量系統(tǒng)，集EMC診斷和EMI測試為一體的電磁兼容綜合測量系統(tǒng)。
⑴ 獨特的EMC診斷系統(tǒng)
由1218個探頭組成的陣列掃描器，實時看清電磁場，精確定位窄帶和寬帶電磁干擾源[見圖2(a)所示]，解決各類EMI問題；能實時顯示EMS測試對被測物內(nèi)部電路的影響，快速解決EMS問題；快速準(zhǔn)確評估機箱的屏蔽性能，能幫助工程師迅速積累正確的解決EMI/EMS問題的經(jīng)驗。

圖2 (a) 獨特的EMC診斷系統(tǒng)示意圖