内部EMC故障排除和前瞻性测试实验室

开发内部EMC故障排除和前期测试实验室

尽管投资自己的内部EMC测试实验室似乎难以证明,但大多数公司应该能够负担得起一定程度的预合规测试能力。外部合规测试实验室每天可能花费高达2,000美元。能够在内部执行一些关键测试的优点是您可以快速确定您的产品是否接近传递。早期识别“红旗”或问题领域可以实现更具成本效益的修复。等到产品开发周期结束以确定EMC合规性总是非常危险的,通常在时间和金钱上都是昂贵的。

作为顾问,我经常遇到已经工作了几个星期或几个月的客户,通过在研发实验室和第三方合规性测试实验室之间反复循环来遏制辐射排放问题。这对于设计师和他们的管理来说是非常令人沮丧的。通过执行一些非常快速和简单的测试,您可以识别故障,缩小根本原因,并在将产品进行完全符合性测试之前尝试各种修复。


开发自己的EMI测试实验室

那么,开发基本的EMC预合规测试实验室涉及到什么?它不像你想象的那么贵。例如,我经常遇到四个常见的测试故障:辐射发射(RE)始终是第一个问题,其次是辐射抗扰度(RI),静电放电(ESD)和传导发射(CE)。除了少数例外,假设良好的电源线和I / O端口过滤,许多线路或I / O端口相关的抗扰度测试的风险较低,通常通过。然而,一些低端的亚洲电源确实没有足够的或不存在的线路滤波,所以我添加了CE测试,这是比较容易执行的。

简而言之,辐射排放测量从产品,设备或被测系统发出的辐射电场。根据我设计工作的设备的环境,世界范围内对这些排放量的限制是多少。

辐射抗扰度是衡量产品或系统可以从广播,手机或双向无线电等外部来源容忍的外部电子电场的量度。静电放电是测试产品或系统对外部的免疫力静电放电,通常来自操作员触摸小键盘或触摸屏。

传导发射是测量从开关电源引出线路的宽带和窄带噪声。


EMI故障排除与预合规测试

一般故障排除和预合规测试之间有区别。一般故障诊断通常用一组探头和频谱分析仪进行。目标是确定谐波能量的来源并确定降低谐波振幅的固定。在这里,我们主要是寻找相对的变化。

另一方面,合规前测试会尝试将合规性测试的运行方式复制到可能的最佳能力并与实际测试限制进行比较。

以下是这四项测试所需的基本设备:

  • 辐射辐射 - 尽管示波器对于确定上升时间和振铃非常有用,但频谱分析仪实际上是大多数EMI故障排除和测量所需的仪器。此外,您将需要一组近场探头,电流探头,校准(或未校准 - 见注1)EMI天线,以及可能的20 dB增益宽带预
    放大器来增强探头的信号。
  • 辐射抗扰度 - 您将需要一个可以调谐所需频段的RF发生器,并可能需要一个RF放大器来提升信号电平。
  • 静电放电 - 您将需要一个ESD模拟器。
  • 执行排放 - 根据CISPR 11或22进行导电排放测试,并要求在交流线(或直流)电压源和被测产品之间采用LISN(如上所述)。频谱分析仪连接到50欧姆端口,分析仪上显示传导的RF噪声电压。不同型号的LISN用于交流或直流电源电压。

所有上述设备可能在二手市场上购买。根据您的预算,还有一类新颖的“实惠”设备以及实验室级设备。通常情况下,大多数前期合规性测试不需要非常昂贵的设备,但您也需要考虑一些优点,例如可能不常出现的信号的实时频谱分析或无法显示的无线通信等信号清晰的低成本扫描分析仪。有关更多信息,请参见我们的2016实时频谱分析仪指南(参考文献1)。此外,还可能有重要的原因坚持使用高性能的实验室设备。

我将在文章“EMI疑难解答 - 分步骤”中更详细地描述各种决策和权衡。我也有一个建议的基本测试设备列表在我的网站(参考文献2)。

辐射辐射由于辐射发射通常是最常见的测试失败,您的大部分投资应集中在此测试。即使如此,也有广泛的测试投资选择。例如,我经常使用的基本故障排除测试设置只是位于工作台一端的未校准接收天线,连接到小型台式频谱分析仪。被测产品位于工作台的另一端(图1)。电缆连接到EUT,并使用各种故障排除技术来帮助确定产品设计问题(有关推荐步骤,请参阅EMI故障排除步骤)。

前期测试需要一个校准的EMI天线,距离被测产品1米或更远(3米)。这样,您可以将排放与实际测试限制进行比较。测试可以在任何可能干扰测试的其他设备的足够大和远的地方进行设置。有时使用停车场。我更经常使用一个大型会议室(图2)。屏蔽半消声室外测试的一个大问题是您必须处理环境信号 - 即来自广播无线电/电视,蜂窝传输和双向无线电的传输。处理这些的技术将在下一篇文章中进行描述。


辐射免疫

辐射抗扰度测试也可以使用简单的故障排除技术或屏蔽半消声室进行。大多数我所说的“预合规”测试,其实只是使用了RF发生器和近场探头,或者是一个小型的无线电服务(FRS)免授权对讲机。如果被测产品可以通过这些简单的测试,那么也可能通过3V / m或10 V / m(商业/工业产品)的测试级别的正式测试。军事RI测试更可能需要更高的测试水平,这些测试水平不在这些简单的台式测试的范围之内。


图1.辐射发射的典型故障排除测试设置。
图2.在大型会议室中设置的3m预合规测试的示例。请注意用于帮助最大化排放的DIY转盘。
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