用近場探測開展相對測量

　　雖然一致性測試過程設(shè)計用于產(chǎn)生絕對的校準(zhǔn)過的測量，但排查工作很大程度上可以使用從待測設(shè)備發(fā)生的電磁場的相對測量方法。更有甚者，你可以使用MDO的頻譜分析儀功能和射頻通道探測近場中的波阻行為，從而找出能量源來。與此同時，你可以用示波器某個模擬通道上的無源探針探測信號，以便發(fā)現(xiàn)與射頻關(guān)聯(lián)的信號。

　　不過首先你得了解一些有關(guān)待探測的電磁場區(qū)的一些背景知識。圖7顯示了處于近場和遠(yuǎn)場中的波阻行為以及兩者之間的過渡區(qū)。從圖中可以看到，在近場區(qū)中，場的范圍可以從占主導(dǎo)地位的磁場到占主導(dǎo)地位的電場。在近場中，非輻射行為是主導(dǎo)的，因此波阻取決于源的性質(zhì)和距源的距離。而在遠(yuǎn)場中，阻抗是固定不變的，測量不僅取決于在近場中可觀察到的活動，而且取決于天線增益和測試條件等其它因素。

　　圖7：這張圖顯示了近場和遠(yuǎn)場中的波阻行為以及兩者之間的過渡區(qū)。近場測量可用于EMI排查。

　　近場測量是可用于EMI排查的一種測量，因為它不要求測試站點提供專門的條件就能讓你查出能量源。然而，一致性測試是在遠(yuǎn)場中進(jìn)行的，而不是近場。你通常不會使用遠(yuǎn)場，因為有太多的變量讓它變得復(fù)雜起來：遠(yuǎn)場信號的強度不僅取決于源的強度，而且取決于輻射機制以及可能采取的屏蔽或濾波措施。根據(jù)經(jīng)驗需要記住，如果你能觀察遠(yuǎn)場中的信號，那么應(yīng)該能看到近場中的相同信號。（然而，能觀察到近場中的信號而看不到遠(yuǎn)場中的相同信號是很可能的）

　　近場探針實際上就是設(shè)計用于拾取磁場（H場）或電場（E場）變化的天線。一般來說，近場探針沒有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因此它們適合用于相對測量。如果你對用于測量H場和E場變化的探針不熟悉，那么最好了解一些近場探針設(shè)計和最佳使用方法：

　　H場（磁場）探針具有獨特的環(huán)路設(shè)計，如圖8所示。重要的是，H場探針的方向是有利于環(huán)路平面與待測導(dǎo)體保持一致的，這樣布置的環(huán)路可以使磁通量線直接穿過環(huán)路。

　　圖8：將H場探針與電流流向保持一致可以使磁場線直接穿過環(huán)路。

　　環(huán)路大小決定了靈敏度以及測量面積，因此在使用這類探針隔離能量源時必須十分小心。近場探針套件通常包含許多不同的環(huán)路大小，以便你使用逐漸減小的環(huán)路尺寸來縮小測量面積。

　　H場探針在識別具有相對大電流的源時非常有用，比如：

　　低阻抗節(jié)點和電路

　　傳輸線

　　電源

　　端接導(dǎo)線和電纜

　　E場（電場）探針用作小型單極天線，并響應(yīng)電場或電壓的變化。在使用這類探針時，重要的是你要保持探針垂直于測量平面，如圖9所示。

　　圖9：將E場探針垂直于導(dǎo)體放置以便觀察電場。

　　在實際應(yīng)用中，E場探針最適合查找非常小的區(qū)域，并識別具有相對高電壓的源以及沒有端接的源，比如：

　　高阻抗節(jié)點和電路

　　未端接的PCB走線

　　電纜

　　在低頻段，系統(tǒng)中的電路節(jié)點阻抗可能變化很大；此時要求一定的電路或?qū)嶒炛R，以確定H場或E場能否提供最高的靈敏度。在較高頻段，這些區(qū)別可能非常顯著。在所有情況下，開展重復(fù)性的相對測量很重要，這樣你就能肯定因為實現(xiàn)的任何變化引起的近場輻射結(jié)果能被精確再現(xiàn)。最重要的是，每次試驗改變時近場探針的布局和方面要保持一致。

　　跟蹤EMI輻射源

　　在這個例子中，小型微控制器的EMI掃描指示有一個超限故障似乎來自于中心頻率約為144MHz的寬帶信號。借助MDO的頻譜分析儀功能，第一步是將H場探針連接到射頻輸入端，用相對的近場測量定位能量源。

　　如上所述，重要的一點是H場探針的方向要讓環(huán)路平面與待測導(dǎo)體保持一致。在PCB周圍移動H場探針，你就可以定位能量源。通過選擇逐漸縮小孔徑的探針，你可以將搜索定位在一個較小的區(qū)域內(nèi)。

　　一旦定位到明顯的能量源，如圖10所示的射頻幅度與時間軌跡就能顯示這個范圍內(nèi)所有信號的完整的功率與時間關(guān)系。利用這個軌跡線可以清楚地看到顯示屏中有一個大的脈沖。移動頻譜時間使其通過記錄長度，很明顯可以看到EMI事件（中心位于140MHz左右的寬帶信號）直接對應(yīng)于這個大脈沖。為了使測量穩(wěn)定下來，打開射頻功率觸發(fā)器，然后增加記錄長度以判斷這個射頻脈沖發(fā)生的頻度。為了測量脈沖重復(fù)周期，打開測量標(biāo)記并直接判斷周期。

　　圖10：MDO的射頻幅度與時間軌跡（上圖）顯示在140MHz處有一個顯著的脈沖。頻譜圖形（下圖）顯示了這個脈沖的頻率內(nèi)容。

　　明確斷定EMI源的下一步是利用MDO的示波器功能。保持相同的設(shè)置，打開示波器的模擬通道1，瀏覽PCB以尋找與EMI事件同時發(fā)生的信號源。

　　在利用示波器探針瀏覽信號一段時間后，就可以發(fā)現(xiàn)圖11所示的信號：在這個案例中是一個電源濾波器。從顯示屏上可以清晰地看到，連接示波器通道1的信號與EMI事件直接相關(guān)?，F(xiàn)在就可以制訂EMI修復(fù)計劃了，以便在開展認(rèn)證測試之前解決這個問題。

　　圖11：使用示波器模擬通道上的無源探針找出與射頻關(guān)聯(lián)的信號。

　　本文小結(jié)

　　不能通過EMI一致性測試可能將產(chǎn)品開發(fā)計劃置于風(fēng)險之中。然而，預(yù)先一致性測試可以幫助你在到達(dá)這個階段之前排除EMI問題。與高度受控的EMI測試線中的絕對測量不同，你可以使用EMI測試報告中的信息開展相對測量，并用它來隔離問題源，并估計修復(fù)效果。

　　高效的EMI排查一般是利用近場探測方法尋找相對高的電磁場，判斷它們的特征，然后使用混合域示波器將場活動與電路活動關(guān)聯(lián)在一起來判斷EMI源。本文概述的排查技術(shù)可以有效地幫助你隔離有害的能量源，以便于你在將設(shè)計提交給EMI認(rèn)證之前修復(fù)這個問題。