談到測(cè)量電信號(hào)，電氣工程師首先想到的可能就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時(shí)間變化的規(guī)律顯示出來(lái)的儀器，它相當(dāng)于電氣工程師的眼睛，使你能夠看到線路中電流和電壓的變化規(guī)律，從而掌握電路的工作狀態(tài)。但是示波器并不是電磁干擾測(cè)量與診斷的理想工具。
　　一、測(cè)量?jī)x器
　　當(dāng)你的產(chǎn)品由于電磁干擾發(fā)射強(qiáng)度超過(guò)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定而不能出廠時(shí)，或當(dāng)由于電路模塊之間的電磁干擾，系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，我們就要解決電磁干擾的問(wèn)題。要解決電磁干擾問(wèn)題，首先要能夠“看”到電磁干擾，了解電磁干擾的幅度和發(fā)生源。本文要介紹有關(guān)電磁干擾測(cè)量和判斷干擾發(fā)生源的方法。示波器并不是電磁干擾測(cè)量與診斷的理想工具。這是因?yàn)椋?/span>
　　1、所有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中的電磁干擾極限值都是在頻域中定義的，而示波器顯示出的時(shí)域波形。因此測(cè)試得到的結(jié)果無(wú)法直接與標(biāo)準(zhǔn)比較。為了將測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)相比較，必須將時(shí)域波形變換為頻域頻譜。
　　2、電磁干擾相對(duì)于電路的工作信號(hào)往往都是較小的，并且電磁干擾的頻率往往比信號(hào)高，而當(dāng)一些幅度較低的高頻信號(hào)疊加在一個(gè)幅度較大的低頻信號(hào)時(shí)，用示波器是無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。
　　3、示波器的靈敏度在mV級(jí)，而由天線接收到的電磁干擾的幅度通常為V級(jí)，因此示波器不能滿足靈敏度的要求。
　　測(cè)量電磁干擾更合適的儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規(guī)律顯示出來(lái)的儀器，它顯示的波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測(cè)量電磁干擾中的缺點(diǎn)，它能夠測(cè)量各個(gè)頻率上的干擾強(qiáng)度。
　　對(duì)于電磁干擾問(wèn)題的分析而言，頻譜分析儀是比示波器更有用的儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號(hào)的各個(gè)頻譜分量。
　　頻譜分析儀采用頻率掃描超外差的工作方式。混頻器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來(lái)。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。當(dāng)本振振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，屏幕上就顯示出了被測(cè)信號(hào)在不同頻率上的幅度，將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來(lái)，就得到了被測(cè)信號(hào)的頻譜。
　　根據(jù)這個(gè)頻譜，就能夠知道被測(cè)設(shè)備是否有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干擾發(fā)射，或產(chǎn)生干擾的信號(hào)頻率是多少。
　　二、用頻譜分析儀分析干擾的來(lái)源
　　1、根據(jù)干擾信號(hào)的頻率確定干擾源
　　在解決電磁干擾問(wèn)題時(shí)，重要的一個(gè)問(wèn)題是判斷干擾的來(lái)源，只有準(zhǔn)確將干擾源定位后，才能夠提出解決干擾的措施。根據(jù)信號(hào)的頻率來(lái)確定干擾源是簡(jiǎn)單的方法，因?yàn)樵谛盘?hào)的所有特征中，頻率特征是穩(wěn)定的，并且電路設(shè)計(jì)人員往往對(duì)電路中各個(gè)部位的信號(hào)頻率都十分清楚。因此，只要知道了干擾信號(hào)的頻率，就能夠推測(cè)出干擾是哪個(gè)部位產(chǎn)生的。
　　對(duì)于電磁干擾信號(hào)，由于其幅度往往遠(yuǎn)小于正常工作信號(hào)，因此用示波器很難測(cè)量到干擾信號(hào)的頻率。特別是當(dāng)較小的干擾信號(hào)疊加在較大的工作信號(hào)上時(shí)，示波器無(wú)法與干擾信號(hào)同步，因此不可能得到準(zhǔn)確的干擾信號(hào)頻率。
　　而用頻譜分析儀做這種測(cè)量是十分簡(jiǎn)單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄，因此能夠?qū)⑴c干擾信號(hào)頻率不同的信號(hào)濾除掉，地測(cè)量出干擾信號(hào)頻率，從而判斷產(chǎn)生干擾信號(hào)的電路。
　　2、根據(jù)干擾信號(hào)的帶寬確定干擾源
　　判斷干擾信號(hào)的帶寬也是判斷干擾源的有效方法。例如，在一個(gè)寬帶源的發(fā)射中可能存在一個(gè)單個(gè)高強(qiáng)度信號(hào)，如果能夠判斷這個(gè)高強(qiáng)度信號(hào)是窄帶信號(hào)，則它不可能是從寬帶發(fā)射源產(chǎn)生的。干擾源可能是電源中的振蕩器，或工作不穩(wěn)定的電路，或諧振電路。當(dāng)在儀器的通頻帶中只有一根譜線時(shí)，就可以斷定這個(gè)信號(hào)是窄帶信號(hào)。
　　根據(jù)傅立葉變換，單根的譜線所對(duì)應(yīng)的信號(hào)是周期信號(hào)。因此，當(dāng)遇到單根譜線時(shí)，就要將注意力集中到電路中的周期信號(hào)電路上。
　　三、用近場(chǎng)測(cè)試方法確定輻射源
　　除了上述的根據(jù)信號(hào)特征判斷干擾源的方法以外，在近場(chǎng)區(qū)查找輻射源可以直接發(fā)現(xiàn)干擾源。在近場(chǎng)區(qū)查找輻射源的工具有近場(chǎng)探頭和電流卡鉗。檢查電纜上的發(fā)射源要使用電流卡鉗，檢查機(jī)箱縫隙的泄漏要使用近場(chǎng)探頭。
　　1、電流卡鉗與近場(chǎng)探頭
　　電流探頭是利用變壓器原理制造的能夠檢測(cè)導(dǎo)線上電流的傳感器。當(dāng)電流探頭卡在被測(cè)導(dǎo)線上時(shí)，導(dǎo)線相當(dāng)于變壓器的初級(jí)，探頭中的線圈相當(dāng)于變壓器的次級(jí)。導(dǎo)線上的信號(hào)電流在電流探頭的線圈上感應(yīng)出電流，在儀器的輸入端產(chǎn)生電壓。于是頻譜分析儀的屏幕上就可以看到干擾信號(hào)的頻譜。儀器上讀到的電壓值與導(dǎo)線中的電流值通過(guò)傳輸阻抗換算。傳輸阻抗定義為：儀器50?輸入阻抗上感應(yīng)的電壓與導(dǎo)線中的電流之比。對(duì)于一個(gè)具體的探頭，可以從廠家提供的探頭說(shuō)明書中查到它的轉(zhuǎn)移阻抗ZT。因此，導(dǎo)線中的電流等于：I=V/ZT
　　如果公式中的所有物理量都用dB表示，則直接相減。
　　對(duì)于機(jī)箱的泄漏，要用近場(chǎng)探頭進(jìn)行探測(cè)。近場(chǎng)探頭可以看成是很小的環(huán)形天線。由于它很小，因此靈敏度很低，僅能對(duì)近場(chǎng)的輻射源進(jìn)行探測(cè)。這樣有利于對(duì)輻射源進(jìn)行定位。由于近場(chǎng)探頭的靈敏度較低，因此在使用時(shí)要與前置放大器配套使用。
　　2、用電流卡鉗檢測(cè)共模電流
　　設(shè)備產(chǎn)生輻射的主要原因之一是電纜上有共模電流。因此當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)有超標(biāo)發(fā)射時(shí)，首先應(yīng)該懷疑的就是設(shè)備上外拖的各種電纜。這些電纜包括電源線電纜和設(shè)備之間的互連電纜。
　　將電流探頭卡在電纜上，這時(shí)由于探頭同時(shí)卡住了信號(hào)線和回流線，因此差模電流不會(huì)感應(yīng)出電壓，儀器上讀出的電壓僅代表共模電流。
　　測(cè)量共模電流時(shí)，在屏蔽室中進(jìn)行。如果不在屏蔽室中，周圍環(huán)境中的電磁場(chǎng)會(huì)在電纜上感應(yīng)出電流，造成誤判斷。因此應(yīng)首先將設(shè)備的電源斷開(kāi)，在設(shè)備沒(méi)有加電的狀態(tài)下測(cè)量電纜上的背景電流，并記錄下來(lái)，以便與設(shè)備加電后測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較，排除背景的影響。
　　如果在用天線進(jìn)行測(cè)量時(shí)將頻譜分析儀的掃描頻率局限感興趣的頻率周圍很小的范圍內(nèi)，則可以排除環(huán)境中的干擾。
　　3、用近場(chǎng)探頭檢測(cè)機(jī)箱的泄漏
　　如果設(shè)備上外拖電纜上沒(méi)有較強(qiáng)的共模電流，就要檢查設(shè)備機(jī)箱上是否有電磁泄漏。檢查機(jī)箱泄漏的工具是近場(chǎng)探頭。將近場(chǎng)探頭靠近機(jī)箱上的接縫和開(kāi)口處，觀察頻譜分析儀上是否有感興趣的信號(hào)出現(xiàn)。一般由于探頭的靈敏度較低，即使用了放大器，很弱的信號(hào)在探頭中感應(yīng)的電壓也很低，因此在測(cè)量時(shí)要將頻譜分析儀的靈敏度調(diào)得盡量高。根據(jù)前面的討論，減小頻譜分析儀的分辨帶寬能夠提高儀器的靈敏度。但是要注意的是，當(dāng)分辨帶寬很窄時(shí)，掃描時(shí)間會(huì)變得很長(zhǎng)。為了縮短掃描時(shí)間，提高檢測(cè)效率，應(yīng)該使頻譜分析儀的掃描頻率范圍盡量小。因此一般在用近場(chǎng)探頭檢測(cè)機(jī)箱泄漏時(shí)，都是首先用天線測(cè)出泄漏信號(hào)的頻率，然后使儀器用盡量小的掃描頻率范圍覆蓋住這個(gè)干擾頻率。這樣做的另一個(gè)好處是不會(huì)將背景干擾誤判為泄漏信號(hào)。
　　對(duì)于機(jī)箱而言，靠近濾波器安裝位置的縫隙是容易產(chǎn)生電磁泄漏的。因?yàn)闉V波器將信號(hào)線上的干擾信號(hào)旁路到機(jī)箱上，在機(jī)箱上形成較強(qiáng)的干擾電流，這些電流流過(guò)縫隙時(shí)，就會(huì)在縫隙處產(chǎn)生電磁泄漏。
　　四、容易犯的錯(cuò)誤
　　當(dāng)設(shè)備不能滿足有關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就要對(duì)設(shè)備產(chǎn)生超標(biāo)發(fā)射的原因進(jìn)行調(diào)查，然后進(jìn)行排除。在這個(gè)過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力，仍然沒(méi)有排除故障。造成這種情況的原因是診斷工作陷入了“死循環(huán)”。這種情況可以用下面的例子說(shuō)明。
　　假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)在測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了超標(biāo)發(fā)射，使系統(tǒng)不能滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電磁輻射的限制。經(jīng)過(guò)初步調(diào)查，原因可能有4個(gè)，它們分別是：
　　主機(jī)與鍵盤之間的互連電纜（電纜1）上的共模電流產(chǎn)生的輻射
　　主機(jī)與打印機(jī)之間的互連電纜（電纜2）上的共模電流產(chǎn)生的輻射
　　機(jī)箱面板與機(jī)箱基體之間的縫隙（開(kāi)口1）產(chǎn)生的泄漏
　　某顯示窗口（開(kāi)口2）產(chǎn)生泄漏
　　在診斷時(shí)，首先在電纜1上套一個(gè)鐵氧體磁環(huán)，以減小共模輻射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號(hào)并沒(méi)有明顯減小。于是試驗(yàn)人員認(rèn)為電纜1不是一個(gè)主要的泄漏源，將鐵氧體磁環(huán)取下，套在電纜2上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號(hào)還沒(méi)有明顯減小。結(jié)果試驗(yàn)人員得出結(jié)論，電纜不是泄漏源。
　　于是再對(duì)機(jī)箱上的泄漏進(jìn)行檢查。用屏蔽膠帶將開(kāi)口1堵上，發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號(hào)沒(méi)有明顯減小。試驗(yàn)人員認(rèn)為開(kāi)口1不是主要泄漏源，將屏蔽膠帶取下，堵到開(kāi)口2上。結(jié)果頻譜儀上的顯示信號(hào)還沒(méi)有減小。試驗(yàn)人員*莫展。之所以會(huì)發(fā)生這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)樵囼?yàn)人員忽視了頻譜分析儀上顯示的信號(hào)幅度是以dB為單位顯示的。下面我們看一下為什么會(huì)有這種現(xiàn)象。
　　假設(shè)這4個(gè)泄漏源所占的成分各占1/4，并且在每個(gè)輻射源上采取的措施能夠?qū)⑦@個(gè)輻射源*抑制掉。則我們采取以上4個(gè)措施中的一個(gè)時(shí)，頻譜儀上顯示信號(hào)降低的幅度ΔA為：
　　ΔA=20lg(4/3)=2.5dB
　　幅度減小這么少，顯然是微不足道的。但這卻已經(jīng)將泄漏減少了25%。
　　正確的方法是，當(dāng)對(duì)一個(gè)可能的泄漏源采取了抑制措施后，即使沒(méi)有明顯的改善，也不要將這個(gè)措施去掉，繼續(xù)對(duì)可能的泄漏源采取措施。當(dāng)采取到某個(gè)措施時(shí)，如果干擾幅度降低很多，并不一定說(shuō)明這個(gè)泄漏源是主要的，而僅說(shuō)明這個(gè)干擾源是后一個(gè)。按照這個(gè)步驟對(duì)4個(gè)泄漏源逐個(gè)處理的結(jié)果如圖2所示。
　　在前面的敘述中，我們假定對(duì)某個(gè)泄漏源采取措施后，這個(gè)泄漏源被100%消除掉，如果這樣，當(dāng)后一個(gè)泄漏源去掉后，電磁干擾的減小應(yīng)為無(wú)限大。實(shí)際這是不可能的。我們?cè)诓扇∪魏我粋€(gè)措施時(shí)，都不可能將干擾源100%消除。泄漏源去掉的程度可以是99%，或99.9%，甚至99.99以上，而決不可能是100%！所以當(dāng)后一個(gè)泄漏源去掉后，盡管改善很大，但仍是有限值。

　　當(dāng)設(shè)備*符合有關(guān)的規(guī)定后，如果為了降低產(chǎn)品成本，減少不必要的器件，可以將采取的措施逐個(gè)去掉。首先應(yīng)該考慮去掉的是成本較高器件/材料，或在正式產(chǎn)品上難于實(shí)現(xiàn)的措施。如果去掉后，產(chǎn)品的電磁發(fā)射并沒(méi)有超標(biāo)，就可以去掉這個(gè)措施。通過(guò)試驗(yàn)，使產(chǎn)品成本降到低。

　　圖2抑制4個(gè)泄漏源時(shí)干擾幅度的變化

　　五、產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試診斷步驟

　　圖3給出了一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的電磁干擾發(fā)射與故障分析步驟，按照這個(gè)步驟進(jìn)行可以提高測(cè)試診斷的效率。
　　圖3電磁兼容測(cè)試診斷步驟
　　關(guān)于圖3的說(shuō)明如下：
　　電磁兼容測(cè)試一般首先測(cè)量干擾發(fā)射，因?yàn)楦蓴_發(fā)射的試驗(yàn)費(fèi)用一般比敏感度試驗(yàn)費(fèi)用低。另外當(dāng)設(shè)備的干擾發(fā)射能夠滿足要求時(shí)，往往敏感度也不會(huì)有大的問(wèn)題。因?yàn)閹缀跛械慕鉀Q干擾發(fā)射的措施同樣對(duì)改善敏感度有效。
　　測(cè)量干擾發(fā)射時(shí)要先測(cè)量傳導(dǎo)發(fā)射，不僅要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率范圍內(nèi)測(cè)量，還要對(duì)更高的頻率進(jìn)行摸底測(cè)量。當(dāng)電源線上有較強(qiáng)的干擾電流時(shí)，要先解決這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)檫@些傳導(dǎo)干擾電流會(huì)借助導(dǎo)線的天線作用產(chǎn)生輻射，導(dǎo)致輻射發(fā)射不合格。
　　當(dāng)傳導(dǎo)發(fā)射*合格后，再進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試。對(duì)于輻射發(fā)射不合格的頻率，要記錄下頻率，便于在用近場(chǎng)探頭查找問(wèn)題時(shí)，將頻譜分析儀的掃描范圍設(shè)置在干擾頻率附近。
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