頻譜分析儀是射頻微波領域的萬用表,在產品可靠性、數字電路和電源設計領域它也有著重要的用途------無處不在的EMI測試。一般來說,電子類產品開發過程中EMI測試的實施常分為EMI診斷,EMI預兼容測試和EMI兼容測試這幾個階段,各階段的目的和方法都是不同的。

圖 1 EMI測試階段
EMI的診斷測試和預兼容測試,很大程度上都是為認證性的兼容測試存在的。首先,電磁兼容測試是產品質量的內在要求,每一個電子設備或系統都要在預定的電磁環境中能夠正常工作,同時也不能過于影響其他電子設備或系統,這需要有一套規范的質量標準。其次,幾乎所有的電子類產品都不得不通過電磁兼容測試認證,這是國家和組織的技術壁壘,產品要想進入這些市場必須有強制性認證,這方面世界各個地區都有各自的標準。
電磁兼容認證的步驟苛刻龐雜,正式的產品認證需要大量測試設備和測試過程,費金耗時。因此,在產品研發設計的各個階段中都應盡早發現和解決各個級別的電磁兼容的問題,提升產品的過程質量,避免最后的產品認證測試不通過,導致同樣費金耗時的返工整改。(多說一句,電磁設備對人的影響屬于電磁兼容的范疇嗎?概念上講并不是,而且電磁對人的生理影響尚未有科學依據,所以還沒有劃歸到電磁兼容領域。)
從圖 1中可以看到,在產品開發的各個階段,EMI測試的重點是不同的:
? EMI診斷和調試(Diagnosis)
EMI診斷和調試在單元和產品設計階段,主要是遵循一些電磁兼容的設計原則,對電源/時鐘/接口線纜/主要芯片等對象,通過合理的布局/接地/屏蔽/走線/濾波等技術完成略有重點的設計和調試,不是為了測量EMI的精確結果,而是為了找出EMI的根源,從而改善產品設計,既是為了后期產品集成后通過EMI兼容認證,也是為了產品內部相互穩定的可靠性設計。
EMI診斷在實驗室使用普通的測試儀器即完成,例如帶有FFT分析功能的中高端示波器,普通的頻譜分析儀,近場探頭,手藝好的工程師還可以自己制作性能良好的近場探頭,對于很多較強的EMI輻射,例如某些回路過大的開關電源,甚至只需要一根裸露的導線即可探測到空間中的騷擾信號。這種定性分析主要針對的是硬件設計人員,目的是要快捷簡便,成本低廉,重復性好。
圖 2 使用頻譜分析儀和近場探頭進行EMI診斷
? EMI預兼容測試(Pre Compliance)
EMI預兼容測試在產品原型和試產階段,一般要在產品級或系統級進行預兼容(Pre Compliance)測試,預兼容并沒有一個明確的參考標準,就是盡量低成本地模擬兼容測試標準,對EMI狀況進行較正式的摸底,避免在正式的兼容測試中失敗。
預兼容測試會涉及到一些近似具有認證級設備功能的測試設備,例如單獨的試驗場所,具備EMI濾波器和準峰值檢波功能的頻譜分析儀或入門級EMI接收機,人工電源網絡或電流鉗,隔離變壓器,低端的電磁屏蔽箱,帶電流注入功能的電源(EMS測試)等,并要基本了解該產品需要達到的認證標準,有比較明確的測試目標,以便為產品留足認證通過的空間,目標就是用現有的設備盡量模擬真實認證環境。
