頻譜分析儀應(yīng)用解惑之EMI測(cè)試
2022-02-12 14:22:58
115
頻譜分析儀應(yīng)用解惑之EMI測(cè)試
頻譜分析儀是射頻微波領(lǐng)域的萬(wàn)用表，在產(chǎn)品可靠性、數(shù)字電路和電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域它也有著重要的用途------無(wú)處不在的EMI測(cè)試。
頻譜分析儀是射頻微波領(lǐng)域的萬(wàn)用表，在產(chǎn)品可靠性、數(shù)字電路和電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域它也有著重要的用途------無(wú)處不在的EMI測(cè)試。
EMI通常指電子設(shè)備對(duì)外產(chǎn)生的電磁干擾，當(dāng)電子設(shè)備存在突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大，便會(huì)產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，從空間輻射或?qū)w傳導(dǎo)出去，影響到周邊其他的電子設(shè)備。它和EMS同為EMC的一部分，
EMC（Electro Magnetic Compatibility 電磁兼容性）=EMI（干擾度）+EMS（抗擾度）
這里Compatibility常譯為“兼容性“，許多文章講EMI“一致性”測(cè)試，說(shuō)的都是同一個(gè)詞。
一、EMI概述
一般來(lái)說(shuō)，電子類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中EMI測(cè)試的實(shí)施常分為EMI診斷，EMI預(yù)兼容測(cè)試和EMI兼容測(cè)試這幾個(gè)階段，各階段的目的和方法都是不同的。
圖 1 EMI測(cè)試階段
EMI的診斷測(cè)試和預(yù)兼容測(cè)試，很大程度上都是為認(rèn)證性的兼容測(cè)試存在的。首先，電磁兼容測(cè)試是產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)在要求，每一個(gè)電子設(shè)備或系統(tǒng)都要在預(yù)定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)也不能過(guò)于影響其他電子設(shè)備或系統(tǒng)，這需要有一套規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其次，幾乎所有的電子類產(chǎn)品都不得不通過(guò)電磁兼容測(cè)試認(rèn)證，這是國(guó)家和組織的技術(shù)壁壘，產(chǎn)品要想進(jìn)入這些市場(chǎng)必須有強(qiáng)制性認(rèn)證，這方面世界各個(gè)地區(qū)都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。
電磁兼容認(rèn)證的步驟苛刻龐雜，正式的產(chǎn)品認(rèn)證需要大量測(cè)試設(shè)備和測(cè)試過(guò)程，費(fèi)金耗時(shí)。因此，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中都應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)和解決各個(gè)級(jí)別的電磁兼容的問(wèn)題，提升產(chǎn)品的過(guò)程質(zhì)量，避免最后的產(chǎn)品認(rèn)證測(cè)試不通過(guò)，導(dǎo)致同樣費(fèi)金耗時(shí)的返工整改。（多說(shuō)一句，電磁設(shè)備對(duì)人的影響屬于電磁兼容的范疇嗎？概念上講并不是，而且電磁對(duì)人的生理影響尚未有科學(xué)依據(jù)，所以還沒(méi)有劃歸到電磁兼容領(lǐng)域。）
從圖 1中可以看到，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，EMI測(cè)試的重點(diǎn)是不同的：
? EMI診斷和調(diào)試（Diagnosis）
EMI診斷和調(diào)試在單元和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，主要是遵循一些電磁兼容的設(shè)計(jì)原則，對(duì)電源/時(shí)鐘/接口線纜/主要芯片等對(duì)象，通過(guò)合理的布局/接地/屏蔽/走線/濾波等技術(shù)完成略有重點(diǎn)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，不是為了測(cè)量EMI的精確結(jié)果，而是為了找出EMI的根源，從而改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，既是為了后期產(chǎn)品集成后通過(guò)EMI兼容認(rèn)證，也是為了產(chǎn)品內(nèi)部相互穩(wěn)定的可靠性設(shè)計(jì)。
EMI診斷在實(shí)驗(yàn)室使用普通的測(cè)試儀器即完成，例如帶有FFT分析功能的中高端示波器，普通的頻譜分析儀，近場(chǎng)探頭，手藝好的工程師還可以自己制作性能良好的近場(chǎng)探頭，對(duì)于很多較強(qiáng)的EMI輻射，例如某些回路過(guò)大的開(kāi)關(guān)電源，甚至只需要一根裸露的導(dǎo)線即可探測(cè)到空間中的騷擾信號(hào)。這種定性分析主要針對(duì)的是硬件設(shè)計(jì)人員，目的是要快捷簡(jiǎn)便，成本低廉，重復(fù)性好。
圖 2 使用頻譜分析儀和近場(chǎng)探頭進(jìn)行EMI診斷
? EMI預(yù)兼容測(cè)試（Pre Compliance）
EMI預(yù)兼容測(cè)試在產(chǎn)品原型和試產(chǎn)階段，一般要在產(chǎn)品級(jí)或系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行預(yù)兼容（Pre Compliance）測(cè)試，預(yù)兼容并沒(méi)有一個(gè)明確的參考標(biāo)準(zhǔn)，就是盡量低成本地模擬兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)EMI狀況進(jìn)行較正式的摸底，避免在正式的兼容測(cè)試中失敗。
預(yù)兼容測(cè)試會(huì)涉及到一些近似具有認(rèn)證級(jí)設(shè)備功能的測(cè)試設(shè)備，例如單獨(dú)的試驗(yàn)場(chǎng)所，具備EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能的頻譜分析儀或入門級(jí)EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)或電流鉗，隔離變壓器，低端的電磁屏蔽箱，帶電流注入功能的電源（EMS測(cè)試）等，并要基本了解該產(chǎn)品需要達(dá)到的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，有比較明確的測(cè)試目標(biāo)，以便為產(chǎn)品留足認(rèn)證通過(guò)的空間，目標(biāo)就是用現(xiàn)有的設(shè)備盡量模擬真實(shí)認(rèn)證環(huán)境。
圖 3 使用帶有準(zhǔn)峰值檢波的頻譜分析儀和LISN進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試
? EMI兼容測(cè)試（Compliance）
EMI兼容測(cè)試主要針對(duì)產(chǎn)品級(jí)進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，這個(gè)階段必須需要到專業(yè)的，有認(rèn)證資質(zhì)的EMC機(jī)構(gòu)，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)的測(cè)試設(shè)備和環(huán)境，遵循EMI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的校準(zhǔn)過(guò)程，測(cè)試方法和執(zhí)行步驟，選擇特定產(chǎn)品的限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并依照標(biāo)準(zhǔn)格式給出報(bào)告，目標(biāo)就是拿到認(rèn)證資格證明。兼容認(rèn)證測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，過(guò)程昂貴，時(shí)間冗長(zhǎng)，必須盡量減少兼容測(cè)試的次數(shù)，以節(jié)省成本和加快產(chǎn)品上市時(shí)間。
EMI兼容測(cè)試，或者往大了說(shuō)EMC兼容測(cè)試，是一個(gè)獨(dú)立的大行業(yè)。IEC規(guī)定的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)以及衍生出的產(chǎn)品類和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很難由各個(gè)公司的產(chǎn)品部門執(zhí)行，由此誕生了專門的電磁兼容認(rèn)證測(cè)試機(jī)構(gòu)，電磁兼容測(cè)試設(shè)備，以及由此衍生出的電磁兼容整改業(yè)務(wù)，都有一大批專業(yè)組織和人才。
圖 4 EMC兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境
如果把EMC測(cè)試比作英語(yǔ)考試，EMC診斷就像是平時(shí)的課堂測(cè)驗(yàn)，預(yù)兼容測(cè)試就像考前做模擬真題，正式的兼容測(cè)試就像是終極的四六級(jí)考試，而林林總總的整改機(jī)構(gòu)就是各種課外補(bǔ)習(xí)班 ---- 說(shuō)句偷懶的話，最終的過(guò)級(jí)考試嚴(yán)格繁瑣，原則卻是60分萬(wàn)歲，畢竟一分質(zhì)量需要一分成本，而且最終對(duì)外只看那一紙證明；不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，想要60分，至少要按照80分去學(xué)習(xí)，在模擬題上做70分才敢上考場(chǎng)，僥幸是不行的，不然考試費(fèi)用就白瞎了。
在成本和質(zhì)量之間，無(wú)論是個(gè)人還是公司，都要做到這方面的平衡。
二、EMC標(biāo)準(zhǔn)
IEC作為電工電子類國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織，其下屬的CISPR和TC77制定了大部分EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：IEC 6xxxx和CISPR xx。其他各國(guó)和組織都在IEC的基礎(chǔ)上引申或直接使用，如下圖中所示，中國(guó)的GB，歐盟的EN，美國(guó)的FCC和事實(shí)上的國(guó)際軍工標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD。
圖 5 EMC國(guó)際和國(guó)家地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)
CISPR和TC77規(guī)定了EMC的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品（類）標(biāo)準(zhǔn)三大類型。
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 16/17，IEC61000-4等，描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測(cè)試方法、設(shè)備，定義了等級(jí)和性能判據(jù)，不涉及具體產(chǎn)品；
通用標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-6，按照設(shè)備使用環(huán)境來(lái)劃分，所有產(chǎn)品必須首先符合通用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)產(chǎn)品沒(méi)有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時(shí)，直接使用通用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行EMC測(cè)試；
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 11~15，CISPR20~25等，針對(duì)某種產(chǎn)品系列的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用通用標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定。例如CISPR 11規(guī)定了工業(yè)科學(xué)醫(yī)學(xué)設(shè)備的測(cè)量方法和限值，CISPR22規(guī)定了信息產(chǎn)品的測(cè)試方法和限值，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了現(xiàn)有絕大部分電子類產(chǎn)品。
對(duì)于某一個(gè)特定產(chǎn)品，應(yīng)怎樣知道應(yīng)選取哪個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試？首先要明確產(chǎn)品的使用場(chǎng)景以及要選取的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，比如中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本？信息科技設(shè)備 (ITE)，工醫(yī)科 (ISM)？家用、商用、輕工業(yè)、重工業(yè)？室內(nèi)、室外？選取對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，確定測(cè)試項(xiàng)目的限值；如果沒(méi)有合適的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，則按相應(yīng)的通用標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)試項(xiàng)目限值；最后，按基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，場(chǎng)地、測(cè)試方法、測(cè)試儀器必須滿足基礎(chǔ)測(cè)試框架的要求。
看下基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR16（對(duì)應(yīng)GB6113/EN55016）的內(nèi)容，
CISPR16分為四個(gè)部分：第一部分為測(cè)量設(shè)備的規(guī)范，包括EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)，吸收鉗，天線場(chǎng)，夾具校準(zhǔn)等測(cè)量設(shè)備的規(guī)范；第二部分為測(cè)量環(huán)境，測(cè)量方法，校準(zhǔn)場(chǎng)地和測(cè)量程序等；第三部分為術(shù)語(yǔ)和報(bào)告等；第四部分為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法等。
對(duì)于頻譜分析儀來(lái)說(shuō)，其用于EMC預(yù)兼容測(cè)試時(shí)的功能和性能應(yīng)遵循CISPR 16-1-1測(cè)試設(shè)備中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，由于測(cè)量結(jié)果讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了準(zhǔn)峰值，峰值，平均值等幾種檢波方式；測(cè)量過(guò)程應(yīng)遵循CISPR16-2-x中的相關(guān)規(guī)定；而測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)告應(yīng)遵循CISPR16-3以及4中的相關(guān)規(guī)定。但是頻譜分析儀和標(biāo)準(zhǔn)的EMI接收機(jī)仍是不同的，因?yàn)轭l譜分析儀并不能滿足標(biāo)準(zhǔn)中的所有規(guī)定。
了解EMC標(biāo)準(zhǔn)的最佳途徑是IEC網(wǎng)站 http://www.iec.ch/emc，條理清晰，描述嚴(yán)謹(jǐn)，推薦瀏覽。
三、EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)
作為質(zhì)量成本的一部分，EMI測(cè)試盡量在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段的介入是必要的。上文提到，IEC標(biāo)準(zhǔn)分為三大類型，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，考慮到測(cè)量方法的通用性，本節(jié)從基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)入手，介紹EMI兼容測(cè)試的系統(tǒng)。在CISPR16和IEC61000系列中，大致可以認(rèn)為測(cè)量項(xiàng)目分為下圖的類別。在實(shí)驗(yàn)室能進(jìn)行的EMI預(yù)兼容測(cè)試，包括傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾兩部分，也就是下圖中的笑臉。
圖 6 EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容
傳導(dǎo)發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)
傳導(dǎo)發(fā)射騷擾是最基本的一個(gè)電磁騷擾，主要沿著導(dǎo)體傳播。它主要是由于電源不合格引起的，指使用交流供電的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)處在相同電網(wǎng)下其他設(shè)備的干擾信號(hào)。所有的電子產(chǎn)品在用交流電源時(shí)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)發(fā)出騷擾信號(hào)，這類信號(hào)低頻居多，EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的騷擾頻率范圍通常是從 9 kHz 到 30 MHz。
如果傳導(dǎo)騷擾的信號(hào)過(guò)大，就會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而干擾到同一片交流電網(wǎng)下其他設(shè)備的正常運(yùn)行。傳導(dǎo)干擾要對(duì)設(shè)備電源連接到電網(wǎng)的三條線，紅/黃色火線L（LIVE），黃綠/黑色地線E（Earth），藍(lán)色零線N（NEUTRAL），分別獨(dú)立的測(cè)試并出具三份報(bào)告。當(dāng)設(shè)備存在較長(zhǎng)的電信連線（例如網(wǎng)線，USB線）時(shí)，也要考慮從電信連線上對(duì)對(duì)端設(shè)備的干擾信號(hào)。在某些LISN不適用的場(chǎng)合，可以考慮使用電流鉗。
圖 7 使用頻譜分析儀進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)
傳導(dǎo)騷擾的EMI測(cè)試通常要帶電運(yùn)行，而且需要區(qū)分測(cè)試結(jié)果中的騷擾究竟來(lái)自于被測(cè)設(shè)備還是電網(wǎng)中原來(lái)就存在的騷擾，因此需要有特定的隔離設(shè)備組合：
線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN（Line Impedance Stabilization Network）：由于電源傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，為了使測(cè)量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測(cè)量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，CISPR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LISN為50?/50μH。
LISN也對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，使電網(wǎng)內(nèi)的干擾與被測(cè)設(shè)備相互隔離，但是將被測(cè)試設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾耦合出來(lái)，送到LISN的輸出測(cè)試端，提供標(biāo)準(zhǔn)的共模和差模阻抗，再送出給測(cè)試設(shè)備（一般是頻譜儀或EMI接收機(jī)）。LISN是傳導(dǎo)測(cè)試中的核心設(shè)備，本質(zhì)上講它是一個(gè)單向高通濾波器，只將特定頻段的干擾信號(hào)篩選出來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
隔離變壓器：由于LISN的設(shè)計(jì)原理限制，它的供電存在較大的漏電流，要求實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要良好接地，必須要加隔離變壓器與電網(wǎng)隔離開(kāi)使用。
瞬態(tài)限幅器：傳導(dǎo)騷擾可能存在很大的能量，為防止測(cè)試設(shè)備過(guò)載或燒毀，需在頻譜儀的測(cè)量端口前加限幅保護(hù)，并在結(jié)果中補(bǔ)償。
被測(cè)設(shè)備：測(cè)量對(duì)象一般是交流供電端的三條線，以及部分的電氣信號(hào)線。
測(cè)試設(shè)備：具有符合EMI傳導(dǎo)測(cè)試功能的EMI接收機(jī)或頻譜分析儀。
輻射發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)
數(shù)字設(shè)備由于脈沖電流和開(kāi)關(guān)電源的使用，具有豐富的諧波，一旦接地回路或接口處理不當(dāng)就會(huì)對(duì)外產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射騷擾，而芯片部分的低壓使系統(tǒng)的抗擾度降低。這些輻射騷擾的頻率沒(méi)有特定的范圍，從測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上看通常從 30 MHz 到 1 GHz /18 GHz。
近場(chǎng)測(cè)試非常適合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段輻射騷擾的EMI診斷。在這個(gè)階段，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法或許能給出精確的結(jié)果，但卻無(wú)法顯示問(wèn)題的來(lái)源所在，近場(chǎng)探頭就是很合適的定位工具；然而必須認(rèn)識(shí)到，近場(chǎng)探頭的測(cè)試結(jié)果幾乎不能給出有關(guān)設(shè)備輻射水平的準(zhǔn)確信息，誤差和波動(dòng)可達(dá)到20dB以上。使用近場(chǎng)探頭測(cè)試的過(guò)程中，要保證測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的騷擾限值；在整改過(guò)程中，也要保證每次嘗試整改后的復(fù)測(cè)結(jié)果好于前面的各種測(cè)量。為了通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試大致了解產(chǎn)品是否能通過(guò)最終的兼容測(cè)試，需要在已經(jīng)確知結(jié)果的樣品上進(jìn)行多次嘗試。
圖 8 使用頻譜分析儀進(jìn)行輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)
輻射騷擾不像傳導(dǎo)騷擾固定在傳輸線上，它是向四面八方發(fā)射的，所以需要盡可能地測(cè)試產(chǎn)品所有的位置，這個(gè)密度和時(shí)間并沒(méi)有在標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確給出，需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行特定測(cè)試。測(cè)試的間隔越細(xì)，每個(gè)位置和角度測(cè)試的時(shí)間越長(zhǎng)，就越能測(cè)試出真實(shí)輻射長(zhǎng)度，但是成本也越高了。
輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)需要用到各種天線，各種規(guī)格的屏蔽暗室，可靈活旋轉(zhuǎn)的測(cè)試臺(tái)和可升降天線桿，能夠校準(zhǔn)天線頻響的頻譜分析儀或EMI接收機(jī)，這些輔助設(shè)備一般公司很難備齊，所以不在這里詳述。輻射問(wèn)題仍推薦使用近場(chǎng)探頭完成最低成本的EMI測(cè)試評(píng)估，準(zhǔn)確度雖然不高，但是能排除大部分問(wèn)題了。
四、經(jīng)濟(jì)型EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)的推薦配置
經(jīng)濟(jì)型的EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)方案的推薦配置：
1，接地良好的實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)臺(tái)：參見(jiàn)圖 3
2，頻譜分析儀：SSA3021X，9 kHz~2.1 GHz：參見(jiàn)圖 2和圖 3
作為性價(jià)比最高的國(guó)產(chǎn)頻譜分析儀，SSA3000X 系列具有便捷的操作界面和簡(jiǎn)潔的顯示風(fēng)格，采用成熟的數(shù)字中頻技術(shù)，最小分辨率帶寬（RBW）低至10Hz，標(biāo)配前置放大器，顯示平均噪聲電平（DANL）達(dá)-161 dBm/Hz，具備出色的微小信號(hào)測(cè)量能力，全幅度精度<0.7 dB，測(cè)量結(jié)果精確可信，適用于研發(fā)，教育，生產(chǎn)，維修和相關(guān)領(lǐng)域，對(duì)EMI診斷和EMI預(yù)兼容測(cè)試也有相應(yīng)的功能支持。
圖 9 頻譜分析儀SSA3021X
3，SSA3000X的EMI預(yù)兼容測(cè)試套件： EMI-SSA3000X，支持EMI濾波器和準(zhǔn)峰值（QP，Quasi Peak）檢波器
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR 16-1-1規(guī)定了測(cè)量設(shè)備的EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波器標(biāo)準(zhǔn)。EMI濾波器仍是準(zhǔn)高斯形狀，只是其脈沖帶寬定義為-6dB，相比于傳統(tǒng)的高斯濾波器具有更好的頻率選擇性。
準(zhǔn)峰值檢波是一種快速充電，慢速放電的檢波器，時(shí)間加權(quán)的檢波方式，它將時(shí)間上間斷出現(xiàn)的騷擾信號(hào)進(jìn)行幅度的加權(quán)平均作為結(jié)果顯示，這樣即使幅度很大但是出現(xiàn)概率很低的騷擾信號(hào)可能得到較低的準(zhǔn)峰值檢波結(jié)果，而幅度很小但是出現(xiàn)概率很高的騷擾信號(hào)也有可能得到較高的準(zhǔn)峰值檢波結(jié)果，這種加權(quán)比較適合電子設(shè)備對(duì)騷擾信號(hào)的反應(yīng)，也符合人的心理上對(duì)EMI騷擾程度的體驗(yàn)。
但是準(zhǔn)峰值檢波的平均過(guò)程測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，并不利于日常的診斷。因此在進(jìn)行EMI與兼容測(cè)試時(shí)，可以先用峰值檢波快速發(fā)現(xiàn)EMI 問(wèn)題頻點(diǎn)，然后針對(duì)這些峰值點(diǎn)專門進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量，以節(jié)省測(cè)試時(shí)間。對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)峰值檢波測(cè)量，SSA3000X頻譜分析儀還提供了駐留時(shí)間選項(xiàng)，既可以快速掃描，也可以更精細(xì)的測(cè)量，反映出測(cè)試頻點(diǎn)的準(zhǔn)峰值幅度。
圖 10 SSA3000X的EMI選件：EMI濾波器，QP檢波和QP檢波器的駐留時(shí)間
4，探頭選件：SRF5030，9 kHz~3 GHz近場(chǎng)探頭，分辨率從25mm到2mm，用于輻射騷擾測(cè)量。
如前所述，近場(chǎng)探頭的幅度準(zhǔn)確度較低，誤差在10dB以上，尤其在高頻誤差將更大，僅能夠作為定性判斷工具使用，但卻是大部分輻射騷擾測(cè)試的利器。Siglent近場(chǎng)探頭SRF5030套裝，提供4種不同分辨率的磁場(chǎng)探頭，針對(duì)空間輻射，線纜，PCB等查找干擾源；同時(shí)選配30dB的前置放大器，以提高系統(tǒng)測(cè)試靈敏度。
圖 11 不同分辨率的近場(chǎng)探頭
5，LISN和電流鉗選件：SEM5040A和SEM5011，用于傳導(dǎo)測(cè)量
SEM5040A人工電源網(wǎng)絡(luò)是一款（50uH+5Ω）||50Ω V型 LISN（Line Impedance Stable Network），能在9 kHz到30 MHz射頻范圍內(nèi)為被測(cè)試設(shè)備端子和參考地之間提供穩(wěn)定的阻抗，同時(shí)將來(lái)自電網(wǎng)的無(wú)用信號(hào)與測(cè)量電路隔離開(kāi)，僅將被測(cè)試設(shè)備的干擾電壓耦合到測(cè)量接收機(jī)的輸入端。
該產(chǎn)品的性能符合CISPR16-1-2：2006標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于單相設(shè)備傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)量；標(biāo)準(zhǔn)的BNC輸出接口和50歐姆輸出阻抗，可匹配任何廠家的接收機(jī)、頻譜儀等測(cè)量設(shè)備；產(chǎn)品自帶模擬手功能，可模擬手持式設(shè)備測(cè)量；可選的150kHz高通濾波器，用戶可以根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)選擇低端頻率從9kHz還是150kHz開(kāi)始；內(nèi)置瞬態(tài)限幅器（10dB衰減），可以有效保護(hù)接收機(jī)或頻譜儀不會(huì)因?yàn)榇笮盘?hào)損壞，可以把EM5040A直接安全地連接到測(cè)量設(shè)備，不需要另外購(gòu)買限幅器。
SEM5011射頻電流探頭是一款射頻寬帶電流互感器，適用于20 Hz到200 MHz的EMI干擾測(cè)量和屏蔽效果測(cè)量，具有300 kHz到120 MHz平坦的頻率響應(yīng)曲線，性能符合CISPR 16-1-2 標(biāo)準(zhǔn)要求，常用于夾在被測(cè)設(shè)備的電源線或者控制線上測(cè)量干擾信號(hào)電流的大小，電流探頭的射頻輸出電壓正比于被測(cè)干擾信號(hào)電流的大小。SEM5011 射頻電流探頭可以非常方便地夾在被測(cè)導(dǎo)線上，用在那些不能使用人工電源網(wǎng)絡(luò)的 EMI 測(cè)量場(chǎng)合（如電流太大或接線困難等）。
圖 12 LISN：雙線電源網(wǎng)絡(luò)SEM5040A和電流鉗SEM5011
6，免費(fèi)的PC機(jī)預(yù)兼容測(cè)試控制軟件：EasySpectrum
EasySpectrum是Siglent針對(duì)SSA3000X系列頻譜分析儀而開(kāi)發(fā)一款PC應(yīng)用軟件，該軟件包括頻譜儀基本控制和顯示功能，也可用于進(jìn)行EMI預(yù)兼容測(cè)試流程。該軟件基于業(yè)界通用的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)VISA設(shè)計(jì)，可以通過(guò)USB-TMC或LAN接口實(shí)現(xiàn)軟件與儀器的通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的應(yīng)用控制。
圖 13 EMI自動(dòng)測(cè)試軟件：EasySpectrum
EasySpectrum支持完整的EMI預(yù)兼容測(cè)試自動(dòng)化實(shí)施流程。上文提到由于準(zhǔn)峰值檢波需要較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，在全頻段掃描時(shí)使用準(zhǔn)峰值檢波是非常耗時(shí)的，所以推薦設(shè)置中分為預(yù)掃描—尋找峰值----終掃描三部分，預(yù)掃描使用峰值檢波，可以快速的將全頻段中的極大值找出來(lái)，然后按照幅度為這些峰值排序，最后在使用準(zhǔn)峰值檢波，對(duì)每個(gè)峰值點(diǎn)單獨(dú)地進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)試，可以大大節(jié)省預(yù)兼容測(cè)試的時(shí)間。該軟件支持全流程的文件配置，方便工程管理。
圖 14 EasySpectrum的EMI預(yù)兼容測(cè)試流程
Tips
1，如何使用標(biāo)準(zhǔn)中的準(zhǔn)峰值限制標(biāo)準(zhǔn)？
適用于產(chǎn)品的限制線標(biāo)準(zhǔn)須提前找到，然后再頻譜分析儀中制作一條限制線，也是很方便的。參見(jiàn)擴(kuò)展閱讀部分內(nèi)容。
2，峰值掃描的結(jié)果包含了哪些信息？
峰值掃描結(jié)果會(huì)比準(zhǔn)峰值結(jié)果要高。在有限制線的情況下，如果峰值掃描都沒(méi)有達(dá)到限制線，那么準(zhǔn)峰值一定不會(huì)超過(guò)限制，這些頻率點(diǎn)就可以從終掃的表格中去除，以節(jié)省終掃時(shí)間，因?yàn)榻K掃一般使用準(zhǔn)峰值檢波，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。
3，準(zhǔn)峰值掃描的駐留時(shí)間設(shè)置為多長(zhǎng)比較合適？
駐留時(shí)間越長(zhǎng)，能夠接收到的騷擾的概率就越高，結(jié)果就越接近真實(shí)情況，但是會(huì)耗費(fèi)更多時(shí)間。這是一個(gè)折中，需要用戶自己根據(jù)實(shí)際的需求判斷駐留時(shí)間設(shè)置多少，SSA3000X的準(zhǔn)峰值檢波駐留時(shí)間默認(rèn)500ms，可以在0-1s內(nèi)設(shè)置，代表每一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)峰值檢波的時(shí)間。
4，想測(cè)試一下產(chǎn)品的輻射騷擾，可是沒(méi)有EMI接收機(jī)，頻譜儀上也沒(méi)有EMI測(cè)試功能，怎么辦？
要清楚當(dāng)前階段的主要目的是什么。如果只是EMI診斷，普通的頻譜分析儀峰值掃描就可完成，沒(méi)有必要進(jìn)入預(yù)兼容測(cè)試的過(guò)程。
5，頻譜分析儀具有EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能，是不是可以進(jìn)行產(chǎn)品的EMI預(yù)兼容測(cè)試了？
普通的頻譜分析儀可以進(jìn)行EMI診斷，不需要配置EMI和準(zhǔn)峰值檢波器。具有EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能的頻譜分析儀只是EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)的一部分，要想進(jìn)行較完整的EMI預(yù)兼容測(cè)試，還需要有其他配套設(shè)備，環(huán)境和方法，例如LISN，合適的實(shí)驗(yàn)臺(tái)等?？蓞⒁?jiàn)第三節(jié)的內(nèi)容。
6，請(qǐng)問(wèn)頻譜儀測(cè)量輻射騷擾的功能是否遵循CISPR16-1-4標(biāo)準(zhǔn)？
SSA3000X頻譜分析儀中的EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波器，是根據(jù)CISPR16-1-1：2006測(cè)試設(shè)備規(guī)范設(shè)計(jì)的，而CISPR16-1-4內(nèi)容是輻射騷擾輔助設(shè)
EMI通常指電子設(shè)備對(duì)外產(chǎn)生的電磁干擾，當(dāng)電子設(shè)備存在突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大，便會(huì)產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，從空間輻射或?qū)w傳導(dǎo)出去，影響到周邊其他的電子設(shè)備。它和EMS同為EMC的一部分，
EMC（Electro Magnetic Compatibility 電磁兼容性）=EMI（干擾度）+EMS（抗擾度）
這里Compatibility常譯為“兼容性“，許多文章講EMI“一致性”測(cè)試，說(shuō)的都是同一個(gè)詞。
一、EMI概述
一般來(lái)說(shuō)，電子類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中EMI測(cè)試的實(shí)施常分為EMI診斷，EMI預(yù)兼容測(cè)試和EMI兼容測(cè)試這幾個(gè)階段，各階段的目的和方法都是不同的。
圖 1 EMI測(cè)試階段
EMI的診斷測(cè)試和預(yù)兼容測(cè)試，很大程度上都是為認(rèn)證性的兼容測(cè)試存在的。首先，電磁兼容測(cè)試是產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)在要求，每一個(gè)電子設(shè)備或系統(tǒng)都要在預(yù)定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)也不能過(guò)于影響其他電子設(shè)備或系統(tǒng)，這需要有一套規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其次，幾乎所有的電子類產(chǎn)品都不得不通過(guò)電磁兼容測(cè)試認(rèn)證，這是國(guó)家和組織的技術(shù)壁壘，產(chǎn)品要想進(jìn)入這些市場(chǎng)必須有強(qiáng)制性認(rèn)證，這方面世界各個(gè)地區(qū)都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。
電磁兼容認(rèn)證的步驟苛刻龐雜，正式的產(chǎn)品認(rèn)證需要大量測(cè)試設(shè)備和測(cè)試過(guò)程，費(fèi)金耗時(shí)。因此，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中都應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)和解決各個(gè)級(jí)別的電磁兼容的問(wèn)題，提升產(chǎn)品的過(guò)程質(zhì)量，避免最后的產(chǎn)品認(rèn)證測(cè)試不通過(guò)，導(dǎo)致同樣費(fèi)金耗時(shí)的返工整改。（多說(shuō)一句，電磁設(shè)備對(duì)人的影響屬于電磁兼容的范疇嗎？概念上講并不是，而且電磁對(duì)人的生理影響尚未有科學(xué)依據(jù)，所以還沒(méi)有劃歸到電磁兼容領(lǐng)域。）
從圖 1中可以看到，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，EMI測(cè)試的重點(diǎn)是不同的：
? EMI診斷和調(diào)試（Diagnosis）
EMI診斷和調(diào)試在單元和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，主要是遵循一些電磁兼容的設(shè)計(jì)原則，對(duì)電源/時(shí)鐘/接口線纜/主要芯片等對(duì)象，通過(guò)合理的布局/接地/屏蔽/走線/濾波等技術(shù)完成略有重點(diǎn)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，不是為了測(cè)量EMI的精確結(jié)果，而是為了找出EMI的根源，從而改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，既是為了后期產(chǎn)品集成后通過(guò)EMI兼容認(rèn)證，也是為了產(chǎn)品內(nèi)部相互穩(wěn)定的可靠性設(shè)計(jì)。
EMI診斷在實(shí)驗(yàn)室使用普通的測(cè)試儀器即完成，例如帶有FFT分析功能的中高端示波器，普通的頻譜分析儀，近場(chǎng)探頭，手藝好的工程師還可以自己制作性能良好的近場(chǎng)探頭，對(duì)于很多較強(qiáng)的EMI輻射，例如某些回路過(guò)大的開(kāi)關(guān)電源，甚至只需要一根裸露的導(dǎo)線即可探測(cè)到空間中的騷擾信號(hào)。這種定性分析主要針對(duì)的是硬件設(shè)計(jì)人員，目的是要快捷簡(jiǎn)便，成本低廉，重復(fù)性好。
圖 2 使用頻譜分析儀和近場(chǎng)探頭進(jìn)行EMI診斷
? EMI預(yù)兼容測(cè)試（Pre Compliance）
EMI預(yù)兼容測(cè)試在產(chǎn)品原型和試產(chǎn)階段，一般要在產(chǎn)品級(jí)或系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行預(yù)兼容（Pre Compliance）測(cè)試，預(yù)兼容并沒(méi)有一個(gè)明確的參考標(biāo)準(zhǔn)，就是盡量低成本地模擬兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)EMI狀況進(jìn)行較正式的摸底，避免在正式的兼容測(cè)試中失敗。
預(yù)兼容測(cè)試會(huì)涉及到一些近似具有認(rèn)證級(jí)設(shè)備功能的測(cè)試設(shè)備，例如單獨(dú)的試驗(yàn)場(chǎng)所，具備EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能的頻譜分析儀或入門級(jí)EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)或電流鉗，隔離變壓器，低端的電磁屏蔽箱，帶電流注入功能的電源（EMS測(cè)試）等，并要基本了解該產(chǎn)品需要達(dá)到的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，有比較明確的測(cè)試目標(biāo)，以便為產(chǎn)品留足認(rèn)證通過(guò)的空間，目標(biāo)就是用現(xiàn)有的設(shè)備盡量模擬真實(shí)認(rèn)證環(huán)境。
圖 3 使用帶有準(zhǔn)峰值檢波的頻譜分析儀和LISN進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試
? EMI兼容測(cè)試（Compliance）
EMI兼容測(cè)試主要針對(duì)產(chǎn)品級(jí)進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，這個(gè)階段必須需要到專業(yè)的，有認(rèn)證資質(zhì)的EMC機(jī)構(gòu)，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)的測(cè)試設(shè)備和環(huán)境，遵循EMI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的校準(zhǔn)過(guò)程，測(cè)試方法和執(zhí)行步驟，選擇特定產(chǎn)品的限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并依照標(biāo)準(zhǔn)格式給出報(bào)告，目標(biāo)就是拿到認(rèn)證資格證明。兼容認(rèn)證測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，過(guò)程昂貴，時(shí)間冗長(zhǎng)，必須盡量減少兼容測(cè)試的次數(shù)，以節(jié)省成本和加快產(chǎn)品上市時(shí)間。
EMI兼容測(cè)試，或者往大了說(shuō)EMC兼容測(cè)試，是一個(gè)獨(dú)立的大行業(yè)。IEC規(guī)定的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)以及衍生出的產(chǎn)品類和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很難由各個(gè)公司的產(chǎn)品部門執(zhí)行，由此誕生了專門的電磁兼容認(rèn)證測(cè)試機(jī)構(gòu)，電磁兼容測(cè)試設(shè)備，以及由此衍生出的電磁兼容整改業(yè)務(wù)，都有一大批專業(yè)組織和人才。
圖 4 EMC兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境
如果把EMC測(cè)試比作英語(yǔ)考試，EMC診斷就像是平時(shí)的課堂測(cè)驗(yàn)，預(yù)兼容測(cè)試就像考前做模擬真題，正式的兼容測(cè)試就像是終極的四六級(jí)考試，而林林總總的整改機(jī)構(gòu)就是各種課外補(bǔ)習(xí)班 ---- 說(shuō)句偷懶的話，最終的過(guò)級(jí)考試嚴(yán)格繁瑣，原則卻是60分萬(wàn)歲，畢竟一分質(zhì)量需要一分成本，而且最終對(duì)外只看那一紙證明；不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，想要60分，至少要按照80分去學(xué)習(xí)，在模擬題上做70分才敢上考場(chǎng)，僥幸是不行的，不然考試費(fèi)用就白瞎了。
在成本和質(zhì)量之間，無(wú)論是個(gè)人還是公司，都要做到這方面的平衡。
二、EMC標(biāo)準(zhǔn)
IEC作為電工電子類國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織，其下屬的CISPR和TC77制定了大部分EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：IEC 6xxxx和CISPR xx。其他各國(guó)和組織都在IEC的基礎(chǔ)上引申或直接使用，如下圖中所示，中國(guó)的GB，歐盟的EN，美國(guó)的FCC和事實(shí)上的國(guó)際軍工標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD。
圖 5 EMC國(guó)際和國(guó)家地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)
CISPR和TC77規(guī)定了EMC的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品（類）標(biāo)準(zhǔn)三大類型。
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 16/17，IEC61000-4等，描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測(cè)試方法、設(shè)備，定義了等級(jí)和性能判據(jù)，不涉及具體產(chǎn)品；
通用標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-6，按照設(shè)備使用環(huán)境來(lái)劃分，所有產(chǎn)品必須首先符合通用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)產(chǎn)品沒(méi)有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時(shí)，直接使用通用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行EMC測(cè)試；
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 11~15，CISPR20~25等，針對(duì)某種產(chǎn)品系列的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用通用標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定。例如CISPR 11規(guī)定了工業(yè)科學(xué)醫(yī)學(xué)設(shè)備的測(cè)量方法和限值，CISPR22規(guī)定了信息產(chǎn)品的測(cè)試方法和限值，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了現(xiàn)有絕大部分電子類產(chǎn)品。
對(duì)于某一個(gè)特定產(chǎn)品，應(yīng)怎樣知道應(yīng)選取哪個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試？首先要明確產(chǎn)品的使用場(chǎng)景以及要選取的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，比如中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本？信息科技設(shè)備 (ITE)，工醫(yī)科 (ISM)？家用、商用、輕工業(yè)、重工業(yè)？室內(nèi)、室外？選取對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，確定測(cè)試項(xiàng)目的限值；如果沒(méi)有合適的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，則按相應(yīng)的通用標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)試項(xiàng)目限值；最后，按基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，場(chǎng)地、測(cè)試方法、測(cè)試儀器必須滿足基礎(chǔ)測(cè)試框架的要求。
看下基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR16（對(duì)應(yīng)GB6113/EN55016）的內(nèi)容，
CISPR16分為四個(gè)部分：第一部分為測(cè)量設(shè)備的規(guī)范，包括EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)，吸收鉗，天線場(chǎng)，夾具校準(zhǔn)等測(cè)量設(shè)備的規(guī)范；第二部分為測(cè)量環(huán)境，測(cè)量方法，校準(zhǔn)場(chǎng)地和測(cè)量程序等；第三部分為術(shù)語(yǔ)和報(bào)告等；第四部分為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法等。
對(duì)于頻譜分析儀來(lái)說(shuō)，其用于EMC預(yù)兼容測(cè)試時(shí)的功能和性能應(yīng)遵循CISPR 16-1-1測(cè)試設(shè)備中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，由于測(cè)量結(jié)果讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了準(zhǔn)峰值，峰值，平均值等幾種檢波方式；測(cè)量過(guò)程應(yīng)遵循CISPR16-2-x中的相關(guān)規(guī)定；而測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)告應(yīng)遵循CISPR16-3以及4中的相關(guān)規(guī)定。但是頻譜分析儀和標(biāo)準(zhǔn)的EMI接收機(jī)仍是不同的，因?yàn)轭l譜分析儀并不能滿足標(biāo)準(zhǔn)中的所有規(guī)定。
了解EMC標(biāo)準(zhǔn)的最佳途徑是IEC網(wǎng)站 http://www.iec.ch/emc，條理清晰，描述嚴(yán)謹(jǐn)，推薦瀏覽。
三、EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)
作為質(zhì)量成本的一部分，EMI測(cè)試盡量在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段的介入是必要的。上文提到，IEC標(biāo)準(zhǔn)分為三大類型，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，考慮到測(cè)量方法的通用性，本節(jié)從基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)入手，介紹EMI兼容測(cè)試的系統(tǒng)。在CISPR16和IEC61000系列中，大致可以認(rèn)為測(cè)量項(xiàng)目分為下圖的類別。在實(shí)驗(yàn)室能進(jìn)行的EMI預(yù)兼容測(cè)試，包括傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾兩部分，也就是下圖中的笑臉。
圖 6 EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容
傳導(dǎo)發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)
傳導(dǎo)發(fā)射騷擾是最基本的一個(gè)電磁騷擾，主要沿著導(dǎo)體傳播。它主要是由于電源不合格引起的，指使用交流供電的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)處在相同電網(wǎng)下其他設(shè)備的干擾信號(hào)。所有的電子產(chǎn)品在用交流電源時(shí)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)發(fā)出騷擾信號(hào)，這類信號(hào)低頻居多，EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的騷擾頻率范圍通常是從 9 kHz 到 30 MHz。
如果傳導(dǎo)騷擾的信號(hào)過(guò)大，就會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而干擾到同一片交流電網(wǎng)下其他設(shè)備的正常運(yùn)行。傳導(dǎo)干擾要對(duì)設(shè)備電源連接到電網(wǎng)的三條線，紅/黃色火線L（LIVE），黃綠/黑色地線E（Earth），藍(lán)色零線N（NEUTRAL），分別獨(dú)立的測(cè)試并出具三份報(bào)告。當(dāng)設(shè)備存在較長(zhǎng)的電信連線（例如網(wǎng)線，USB線）時(shí)，也要考慮從電信連線上對(duì)對(duì)端設(shè)備的干擾信號(hào)。在某些LISN不適用的場(chǎng)合，可以考慮使用電流鉗。
圖 7 使用頻譜分析儀進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)
傳導(dǎo)騷擾的EMI測(cè)試通常要帶電運(yùn)行，而且需要區(qū)分測(cè)試結(jié)果中的騷擾究竟來(lái)自于被測(cè)設(shè)備還是電網(wǎng)中原來(lái)就存在的騷擾，因此需要有特定的隔離設(shè)備組合：
線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN（Line Impedance Stabilization Network）：由于電源傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，為了使測(cè)量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測(cè)量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，CISPR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LISN為50?/50μH。
LISN也對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，使電網(wǎng)內(nèi)的干擾與被測(cè)設(shè)備相互隔離，但是將被測(cè)試設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾耦合出來(lái)，送到LISN的輸出測(cè)試端，提供標(biāo)準(zhǔn)的共模和差模阻抗，再送出給測(cè)試設(shè)備（一般是頻譜儀或EMI接收機(jī)）。LISN是傳導(dǎo)測(cè)試中的核心設(shè)備，本質(zhì)上講它是一個(gè)單向高通濾波器，只將特定頻段的干擾信號(hào)篩選出來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
隔離變壓器：由于LISN的設(shè)計(jì)原理限制，它的供電存在較大的漏電流，要求實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要良好接地，必須要加隔離變壓器與電網(wǎng)隔離開(kāi)使用。
瞬態(tài)限幅器：傳導(dǎo)騷擾可能存在很大的能量，為防止測(cè)試設(shè)備過(guò)載或燒毀，需在頻譜儀的測(cè)量端口前加限幅保護(hù)，并在結(jié)果中補(bǔ)償。
被測(cè)設(shè)備：測(cè)量對(duì)象一般是交流供電端的三條線，以及部分的電氣信號(hào)線。
測(cè)試設(shè)備：具有符合EMI傳導(dǎo)測(cè)試功能的EMI接收機(jī)或頻譜分析儀。
輻射發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)
數(shù)字設(shè)備由于脈沖電流和開(kāi)關(guān)電源的使用，具有豐富的諧波，一旦接地回路或接口處理不當(dāng)就會(huì)對(duì)外產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射騷擾，而芯片部分的低壓使系統(tǒng)的抗擾度降低。這些輻射騷擾的頻率沒(méi)有特定的范圍，從測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上看通常從 30 MHz 到 1 GHz /18 GHz。
近場(chǎng)測(cè)試非常適合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段輻射騷擾的EMI診斷。在這個(gè)階段，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法或許能給出精確的結(jié)果，但卻無(wú)法顯示問(wèn)題的來(lái)源所在，近場(chǎng)探頭就是很合適的定位工具；然而必須認(rèn)識(shí)到，近場(chǎng)探頭的測(cè)試結(jié)果幾乎不能給出有關(guān)設(shè)備輻射水平的準(zhǔn)確信息，誤差和波動(dòng)可達(dá)到20dB以上。使用近場(chǎng)探頭測(cè)試的過(guò)程中，要保證測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的騷擾限值；在整改過(guò)程中，也要保證每次嘗試整改后的復(fù)測(cè)結(jié)果好于前面的各種測(cè)量。為了通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試大致了解產(chǎn)品是否能通過(guò)最終的兼容測(cè)試，需要在已經(jīng)確知結(jié)果的樣品上進(jìn)行多次嘗試。
圖 8 使用頻譜分析儀進(jìn)行輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)
輻射騷擾不像傳導(dǎo)騷擾固定在傳輸線上，它是向四面八方發(fā)射的，所以需要盡可能地測(cè)試產(chǎn)品所有的位置，這個(gè)密度和時(shí)間并沒(méi)有在標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確給出，需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行特定測(cè)試。測(cè)試的間隔越細(xì)，每個(gè)位置和角度測(cè)試的時(shí)間越長(zhǎng)，就越能測(cè)試出真實(shí)輻射長(zhǎng)度，但是成本也越高了。
輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)需要用到各種天線，各種規(guī)格的屏蔽暗室，可靈活旋轉(zhuǎn)的測(cè)試臺(tái)和可升降天線桿，能夠校準(zhǔn)天線頻響的頻譜分析儀或EMI接收機(jī)，這些輔助設(shè)備一般公司很難備齊，所以不在這里詳述。輻射問(wèn)題仍推薦使用近場(chǎng)探頭完成最低成本的EMI測(cè)試評(píng)估，準(zhǔn)確度雖然不高，但是能排除大部分問(wèn)題了。
四、經(jīng)濟(jì)型EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)的推薦配置
經(jīng)濟(jì)型的EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)方案的推薦配置：
1，接地良好的實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)臺(tái)：參見(jiàn)圖 3
2，頻譜分析儀：SSA3021X，9 kHz~2.1 GHz：參見(jiàn)圖 2和圖 3
作為性價(jià)比最高的國(guó)產(chǎn)頻譜分析儀，SSA3000X 系列具有便捷的操作界面和簡(jiǎn)潔的顯示風(fēng)格，采用成熟的數(shù)字中頻技術(shù)，最小分辨率帶寬（RBW）低至10Hz，標(biāo)配前置放大器，顯示平均噪聲電平（DANL）達(dá)-161 dBm/Hz，具備出色的微小信號(hào)測(cè)量能力，全幅度精度<0.7 dB，測(cè)量結(jié)果精確可信，適用于研發(fā)，教育，生產(chǎn)，維修和相關(guān)領(lǐng)域，對(duì)EMI診斷和EMI預(yù)兼容測(cè)試也有相應(yīng)的功能支持。
圖 9 頻譜分析儀SSA3021X
3，SSA3000X的EMI預(yù)兼容測(cè)試套件： EMI-SSA3000X，支持EMI濾波器和準(zhǔn)峰值（QP，Quasi Peak）檢波器
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR 16-1-1規(guī)定了測(cè)量設(shè)備的EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波器標(biāo)準(zhǔn)。EMI濾波器仍是準(zhǔn)高斯形狀，只是其脈沖帶寬定義為-6dB，相比于傳統(tǒng)的高斯濾波器具有更好的頻率選擇性。
準(zhǔn)峰值檢波是一種快速充電，慢速放電的檢波器，時(shí)間加權(quán)的檢波方式，它將時(shí)間上間斷出現(xiàn)的騷擾信號(hào)進(jìn)行幅度的加權(quán)平均作為結(jié)果顯示，這樣即使幅度很大但是出現(xiàn)概率很低的騷擾信號(hào)可能得到較低的準(zhǔn)峰值檢波結(jié)果，而幅度很小但是出現(xiàn)概率很高的騷擾信號(hào)也有可能得到較高的準(zhǔn)峰值檢波結(jié)果，這種加權(quán)比較適合電子設(shè)備對(duì)騷擾信號(hào)的反應(yīng)，也符合人的心理上對(duì)EMI騷擾程度的體驗(yàn)。
但是準(zhǔn)峰值檢波的平均過(guò)程測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，并不利于日常的診斷。因此在進(jìn)行EMI與兼容測(cè)試時(shí)，可以先用峰值檢波快速發(fā)現(xiàn)EMI 問(wèn)題頻點(diǎn)，然后針對(duì)這些峰值點(diǎn)專門進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量，以節(jié)省測(cè)試時(shí)間。對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)峰值檢波測(cè)量，SSA3000X頻譜分析儀還提供了駐留時(shí)間選項(xiàng)，既可以快速掃描，也可以更精細(xì)的測(cè)量，反映出測(cè)試頻點(diǎn)的準(zhǔn)峰值幅度。
圖 10 SSA3000X的EMI選件：EMI濾波器，QP檢波和QP檢波器的駐留時(shí)間
4，探頭選件：SRF5030，9 kHz~3 GHz近場(chǎng)探頭，分辨率從25mm到2mm，用于輻射騷擾測(cè)量。
如前所述，近場(chǎng)探頭的幅度準(zhǔn)確度較低，誤差在10dB以上，尤其在高頻誤差將更大，僅能夠作為定性判斷工具使用，但卻是大部分輻射騷擾測(cè)試的利器。Siglent近場(chǎng)探頭SRF5030套裝，提供4種不同分辨率的磁場(chǎng)探頭，針對(duì)空間輻射，線纜，PCB等查找干擾源；同時(shí)選配30dB的前置放大器，以提高系統(tǒng)測(cè)試靈敏度。
圖 11 不同分辨率的近場(chǎng)探頭
5，LISN和電流鉗選件：SEM5040A和SEM5011，用于傳導(dǎo)測(cè)量
SEM5040A人工電源網(wǎng)絡(luò)是一款（50uH+5Ω）||50Ω V型 LISN（Line Impedance Stable Network），能在9 kHz到30 MHz射頻范圍內(nèi)為被測(cè)試設(shè)備端子和參考地之間提供穩(wěn)定的阻抗，同時(shí)將來(lái)自電網(wǎng)的無(wú)用信號(hào)與測(cè)量電路隔離開(kāi)，僅將被測(cè)試設(shè)備的干擾電壓耦合到測(cè)量接收機(jī)的輸入端。
該產(chǎn)品的性能符合CISPR16-1-2：2006標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于單相設(shè)備傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)量；標(biāo)準(zhǔn)的BNC輸出接口和50歐姆輸出阻抗，可匹配任何廠家的接收機(jī)、頻譜儀等測(cè)量設(shè)備；產(chǎn)品自帶模擬手功能，可模擬手持式設(shè)備測(cè)量；可選的150kHz高通濾波器，用戶可以根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)選擇低端頻率從9kHz還是150kHz開(kāi)始；內(nèi)置瞬態(tài)限幅器（10dB衰減），可以有效保護(hù)接收機(jī)或頻譜儀不會(huì)因?yàn)榇笮盘?hào)損壞，可以把EM5040A直接安全地連接到測(cè)量設(shè)備，不需要另外購(gòu)買限幅器。
SEM5011射頻電流探頭是一款射頻寬帶電流互感器，適用于20 Hz到200 MHz的EMI干擾測(cè)量和屏蔽效果測(cè)量，具有300 kHz到120 MHz平坦的頻率響應(yīng)曲線，性能符合CISPR 16-1-2 標(biāo)準(zhǔn)要求，常用于夾在被測(cè)設(shè)備的電源線或者控制線上測(cè)量干擾信號(hào)電流的大小，電流探頭的射頻輸出電壓正比于被測(cè)干擾信號(hào)電流的大小。SEM5011 射頻電流探頭可以非常方便地夾在被測(cè)導(dǎo)線上，用在那些不能使用人工電源網(wǎng)絡(luò)的 EMI 測(cè)量場(chǎng)合（如電流太大或接線困難等）。
圖 12 LISN：雙線電源網(wǎng)絡(luò)SEM5040A和電流鉗SEM5011
6，免費(fèi)的PC機(jī)預(yù)兼容測(cè)試控制軟件：EasySpectrum
EasySpectrum是Siglent針對(duì)SSA3000X系列頻譜分析儀而開(kāi)發(fā)一款PC應(yīng)用軟件，該軟件包括頻譜儀基本控制和顯示功能，也可用于進(jìn)行EMI預(yù)兼容測(cè)試流程。該軟件基于業(yè)界通用的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)VISA設(shè)計(jì)，可以通過(guò)USB-TMC或LAN接口實(shí)現(xiàn)軟件與儀器的通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的應(yīng)用控制。
圖 13 EMI自動(dòng)測(cè)試軟件：EasySpectrum
EasySpectrum支持完整的EMI預(yù)兼容測(cè)試自動(dòng)化實(shí)施流程。上文提到由于準(zhǔn)峰值檢波需要較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，在全頻段掃描時(shí)使用準(zhǔn)峰值檢波是非常耗時(shí)的，所以推薦設(shè)置中分為預(yù)掃描—尋找峰值----終掃描三部分，預(yù)掃描使用峰值檢波，可以快速的將全頻段中的極大值找出來(lái)，然后按照幅度為這些峰值排序，最后在使用準(zhǔn)峰值檢波，對(duì)每個(gè)峰值點(diǎn)單獨(dú)地進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)試，可以大大節(jié)省預(yù)兼容測(cè)試的時(shí)間。該軟件支持全流程的文件配置，方便工程管理。
圖 14 EasySpectrum的EMI預(yù)兼容測(cè)試流程
Tips
1，如何使用標(biāo)準(zhǔn)中的準(zhǔn)峰值限制標(biāo)準(zhǔn)？
適用于產(chǎn)品的限制線標(biāo)準(zhǔn)須提前找到，然后再頻譜分析儀中制作一條限制線，也是很方便的。參見(jiàn)擴(kuò)展閱讀部分內(nèi)容。
2，峰值掃描的結(jié)果包含了哪些信息？
峰值掃描結(jié)果會(huì)比準(zhǔn)峰值結(jié)果要高。在有限制線的情況下，如果峰值掃描都沒(méi)有達(dá)到限制線，那么準(zhǔn)峰值一定不會(huì)超過(guò)限制，這些頻率點(diǎn)就可以從終掃的表格中去除，以節(jié)省終掃時(shí)間，因?yàn)榻K掃一般使用準(zhǔn)峰值檢波，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。
3，準(zhǔn)峰值掃描的駐留時(shí)間設(shè)置為多長(zhǎng)比較合適？
駐留時(shí)間越長(zhǎng)，能夠接收到的騷擾的概率就越高，結(jié)果就越接近真實(shí)情況，但是會(huì)耗費(fèi)更多時(shí)間。這是一個(gè)折中，需要用戶自己根據(jù)實(shí)際的需求判斷駐留時(shí)間設(shè)置多少，SSA3000X的準(zhǔn)峰值檢波駐留時(shí)間默認(rèn)500ms，可以在0-1s內(nèi)設(shè)置，代表每一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)峰值檢波的時(shí)間。
4，想測(cè)試一下產(chǎn)品的輻射騷擾，可是沒(méi)有EMI接收機(jī)，頻譜儀上也沒(méi)有EMI測(cè)試功能，怎么辦？
要清楚當(dāng)前階段的主要目的是什么。如果只是EMI診斷，普通的頻譜分析儀峰值掃描就可完成，沒(méi)有必要進(jìn)入預(yù)兼容測(cè)試的過(guò)程。
5，頻譜分析儀具有EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能，是不是可以進(jìn)行產(chǎn)品的EMI預(yù)兼容測(cè)試了？
普通的頻譜分析儀可以進(jìn)行EMI診斷，不需要配置EMI和準(zhǔn)峰值檢波器。具有EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能的頻譜分析儀只是EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)的一部分，要想進(jìn)行較完整的EMI預(yù)兼容測(cè)試，還需要有其他配套設(shè)備，環(huán)境和方法，例如LISN，合適的實(shí)驗(yàn)臺(tái)等?？蓞⒁?jiàn)第三節(jié)的內(nèi)容。
6，請(qǐng)問(wèn)頻譜儀測(cè)量輻射騷擾的功能是否遵循CISPR16-1-4標(biāo)準(zhǔn)？
SSA3000X頻譜分析儀中的EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波器，是根據(jù)CISPR16-1-1：2006測(cè)試設(shè)備規(guī)范設(shè)計(jì)的，而CISPR16-1-4內(nèi)容是輻射騷擾輔助設(shè)