EMI-确保EMI认证测试质量之Z佳解决方案_EMI预测试系统-苏州德计仪器仪表有限公司手机版

详细介绍

确保EMI认证测试质量之*解决方案

传导干扰和辐射干扰EMC电磁兼容早期评估/预认证测量系统
EMI预测试系统是为了符合严格的安规认证标准，产品必须通过全面的符合性测试，通过安规及EMI测试要求，在企业产品送至专业认证机构认证之前，EMI预测试提供前期的仿真测试来尽早的消除产品在开发过程中的电磁干扰设计缺陷，不但可以节省往返认证机构实验室的时间和费用，更可以加快产品的开发周期。

EMI测试简介

电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI）是一种普遍地充斥在我们的生活周遭的物理现象，一般常见的电磁干扰可分为人为与自然的类型。例如，汽车引擎的瞬间点火动作、各式各样的电磁辐射源或电子设备、又或者是在系统切换瞬间所产生的干扰信号、火花等。除此之外的自然电磁干扰源则以闪电与宇宙射线为经常性地影响我们日常生活的物理现象。而随着电子产品与系统的使用量日益普及，所涵盖的层面则包括从航天电子、医疗设备、计算机设备到行动通讯产品，无一不是被密集地在各种应用领域上提高其系统的使用量，因此导致伴随在各种系统的电磁干扰效应不断地大幅成长。为了提高对电磁干扰的免疫能力或是抑制自身产生的电磁干扰量以降低对其他电子产品的的讯号干扰，于是采用具有电磁干扰防护的设计措施就变得日益重要。

图一电子设备的两面性

基于这些应用上的考虑，因此在业界早已订出适当的规范来定义电磁干扰的规格及其在量测环境上的标准，例如，在美国所使用的FCC规范、在欧洲所使用的VDE规范、在日本所使用的JIS规范等等。

其次，就电磁波的传波途径而言，可将电磁干扰分类为传导性与辐射性的来源。其中传导性辐射的形成系来自于紧贴着电力现或缆在线的辐射讯号传输到电子组件上或系统上所致，而辐射性的电磁干扰则是由电子系统的外箱、天线或其他零组件上产生之杂散谐波讯号所发出之电磁波，往往是干扰其他电子系统的电磁干扰源。随着高科技的应用层面进展神速与日益广泛，电磁干扰的议题也迅速地在各种应用面向上快速散播，日益高速的操作性能与高密度整合性的半导体电子组件无形中使得许多讯号的干扰源既难侦测且难辨认。因此，有必要藉由建立校正性的量测方法来建立一套因果关联性的方法论，以达到确保其电磁兼容性、进行电磁干扰源定位，以及侦测无线射频的干扰等目的。在固纬电子的设计工艺展现之中，GSP-830拥有的傲视群伦性能项目不只是在背景噪声可达-117dBm的条件下轻松地捕捉到极微弱性号的能力，同时在搭载一个20dB的前置增益放大器GAP-802下，更能使得GSP-830的背景噪声性能降到-137dBm的准位，由此则可更加扩增其量测范围。借着搭载有电磁干扰分析之应用软件与干扰源侦测配件的GSP-830在电磁干扰源的诊断分析上是*的*解决方案。

图二由频谱分析仪上所搭载之电磁干扰侦测套件可作为电磁干扰放射之诊断系统的前测工具，特别是在EMI/EMC测试认证的前测活动已被广泛地采用

电磁兼容性测试的需求已成为频谱分析仪的市场发展潜力的关键预测指标

电磁兼容性（Electromagnetic compliance EMC）对目前的工业规格制定当局与制造商而言一直是个热门的议题，而由于在消费性电子组件不断整合的结果，使得我们所居住的环境中几乎是到处充满了无数可能的电磁辐射源。因此，需要藉助电磁兼容性的测试来确保各种电子产品的安全性与有效使用性。为了降低电磁干扰所带来的风险，电子产品制造商往往会采用频谱分析仪作为电磁兼容性的可靠度测试工具。而一般常用的轻巧而多功能型频谱分析仪则往往可搭载合适的天线组合、线路阻抗稳定网络（Line Impedance StabilizationNetworks, LISNs）以及近场式的侦测探棒来找出电磁干扰源。因此，采用频谱分析仪的量测方案已成为大部分工程师在不愿意重复往返电磁兼容性实验室，以进行兼容性认证之既省钱又省时间的良策。

常频谱分析仪所能涵盖到的3~20GHz之频段适用于检查卫星通讯系统与通讯设备的运作测试，以及进行无线系统执行和故障修复的任务。故知通讯产业已成为频谱分析仪市场成长性zui重要的应用市场区隔，因为现在此一应用产业正持续地显示出新一代无线网络与标准必须通过电磁干扰的测试所带来的可观商机（如图三所示）。

随着WiMAX、WCDMA、卫星通讯等通讯系统持续地演进，势将成为未来带动频谱分析仪市场规模成长性的主力先锋。尽管频谱分析仪已经在过去传统的电磁波干扰分析的应用上声名大噪，然而自从市场上引进低价而轻巧的电磁干扰源侦测套件以来，已使得频谱分析仪更加广受中多终端使用者的喜爱。其中，主要可归因于除了手持式电磁干扰源侦测仪器的发展，zui重要的是可搭载电磁干扰源侦测套件与电磁干扰分析应用软件的频谱分析仪。虽然手持式电磁干扰源侦测仪器有其轻巧的可移植性与移动性，然而论及电磁干扰分析之功能与性能的完整性而言，则非属可搭载电磁干扰源侦测套件与电磁干扰分析应用软件的频谱分析仪不足以成局。不论未来的手持式电磁干扰源侦测仪器的使用量进展有多快速，大多数的频谱分析仪厂商必然会体认到其主要的营收贡献回受到过去以来的使用习惯之产品适用性所支配，尤其对于研发工程师而言更是成为降低使用成本的首要选项。即使现在的市场上有了可行的替代方案，已趋成熟的频谱分析仪市场也将持续的保有适度的成长动力，就是因为电磁兼容性的测试的重要性与市场潜力不可小觑之故。随着高度的市场竞争性与价格的灵敏度，厂商往往必须了解到开发具有足够的功能性与性能之产品是地重要，否则就无法满足zui多客户或中端使用者的测试需求。

电磁干扰的量测原理之回顾

尽管电子与电机产业的发展趋势有越来越多的电磁干扰挑战亟待克服，已有种种的解决方案被发展出以处理过去以来*的电磁干扰问题。然而就营销研究的观点而言，可透过适当的系统化追溯之步骤将电磁干扰源之技术性需求的市场予以分解为区隔、标示和定位等阶段。因此，在诊断电磁干扰问题市场区隔阶段的当务之急是确认并量测出导致通讯效能恶化的干扰讯号源、区别出静态与动态的干扰讯号，以找出其内部与外部的干扰源，在此我们将运用频谱分析仪来阐述电磁干扰的量测原理。为了符合zui严谨的电磁安全之认证标准，每一项电子产品皆须通过zui完整的兼容性、安全性与EMI/RF测试。特别是在提交产品到EMI实验室进行zui后的认证之前，尤须考虑到节省时间与成本效率，以求大幅缩短上市的时间而能够快速地将新产品在各地区之市场展开*的行动。因此，只要拥有一套频谱分析仪的电磁干扰诊断分析的解决方案，则电子产品的造商将能够轻松地建立其电磁干扰测试的生产线，而电子系统的研发工程师则可在具备充足的技术性能耐之下，藉由辐射性或传导性电磁干扰的知识发展出高新的技术能量，以提升企业的产品竞争力。一般典型的电磁干扰认证测试活动通常在电磁干扰量测的密闭室（RF Chamber）或空旷场地（Open Side）上进行，只要利用接收天线往往就能捕捉到距离 8 到 10 公尺远的电磁干扰放射源，此意谓着电磁干扰放射源可能来自于待测组件内部的任何一个位置点，因此用天线就可接收到任何来自于上方下面或是左右两侧所发出的电磁干扰放射源，如图四所示。

在作法上可将待测组件置于旋转台上，而接收天线可设在距离待测组件远达10公尺之处，且可随意调整其电波指向的倾斜姿态，同时须把天线的输出端连接到置于在屏蔽室内的频谱分析仪并确保其隔离环境下之*接地性。在量测过程中，置于旋转台上的待测组件保持360度旋转，如此可确保天线能够捕捉到全向来源的电磁干扰放射信号，其中该天线也具有上下升降调整的功能以利于观察到来自上方的电磁干扰放射源。然而，整个电磁干扰测试结果却无法精准地辨别出在待测组件上详细的电磁干扰放射源位置，特别是当电磁干扰放射信号太强而难以调整时，就必须事先确认调降电磁干扰放射信号，此时近场电磁干扰侦测套件即可用来找出待测组件上的电磁干扰放射源。

GKT-006是一款可连接到所有频谱分析仪上来进行电磁场侦测的近场侦测套件，电磁干扰侦测的进行是用侦测探棒或探针来贴近待测组件，如图五所示。当用侦测探棒或探针来贴近电磁干扰放射源时，电磁场会经由侦测探棒或探针的感应而在频谱分析仪上显示出电磁干扰放射信号的强度，因此而可将电磁干扰放射源作精确的定位。在操作过程中所用到的侦测探棒或探针之应用原理系藉由电磁场感应而得之非接触性量测法，而这些侦测探棒或探针则是由塑料外壳所包覆，奇特点在于避免与待测组件碰触而产生不必要的短路风险。在诊断分析的应用弹性考虑方面，可因应不同频率与待测组件外型大小的需要来选用合适的侦测探棒或探针。

探针式的侦测套件是一种直接接触性量测工具，可经由侦测探针头直接测试电路，即使在未接地处理的侦测探针上，仍可精确地量测到到无线射频讯号，故其特色为点测试与精准定位电磁干扰放射源。频谱分析仪是目前zui广泛被应用在电磁干扰放射源量测的主要仪器，频谱分析仪是能够有效提供攸关讯号频率与强度资讯的量测工具。运用可移动式的侦测套件可以快速且精准地定位电磁干扰放射源，同时在诊断分析过程中可径行使用频谱分析仪"Peak Hold"的追踪模式来精确纪录下电磁干扰放射信号的相关信息。值得一提的是，当要量测的电磁干扰放射源信号太弱时，可加装前置放大器来放大电磁干扰放射源信号以便于量测。GSP-830 频谱分析仪本身即是自动化测试仪器而无须外加计算机的控制，使用者可轻松地透过面板上的键盘来定义其所需的宏，并将大部分设定值存入序列集之中，而每个序列则包含各自的中止指令可供在量测的瞬间观察量测结果的功能。透过配备电磁干扰滤波器的频谱分析仪可快速执行 EMI 的前测工作，这是 GW Instek 在 EMI 诊断测试上所提供的*解决方案（如图六所示）。

EMI量测的接口与装置连接步骤

这种电磁干扰放射源的侦测套件依据其所适合的量测特性搭配不同类型的连接器，一旦侦测探棒或探针要连接到频谱分析仪时，就必须考虑其所适用的转接头规格，兹列举几种可行的连接架构如下：

1. 当线圈式侦测探棒 ANT-01, ANT-02 and ANT-03 连接上频谱分析仪时，就须用到一个N对BNC的转接头（ADP-01），因为这些侦测套件吻合 BNC型的接头规格，同时接到GKT-006上的缆线也必须配妥其两端的BNC接头。

（备注:这种电磁干扰放射源的侦测探棒或探针可用于捕捉电视机或收音机周围的信号，而这些周围信号一般被视为前测中的背景噪声。）

（备注：由于一般示波器的输入阻抗并非 50 欧姆而会造成相当大之量测误差，因此无法用作无线射频的侦测套件。）

2. 当使用侦测探针 PR-03 于点测试以追踪电路的导电特性时，须将 SMA 无线射频缆线与 ADP-02 （N 对 SMA转接头）依图十一所示的方式予以连接。

范例一（电路板件的简易测试）

图十二是一个应用线圈探棒来进行简易量测电磁干扰放射源的实际范例，在此范例中会用到ANT-01、BNC缆线、ADP-01和一个20dB 前置放大器（GAP-802）来捕捉一套切换式电源模块的电磁干扰放射源，其中3GHz 频谱分析仪GSP-830在本量测范例发挥了关键性的作用。

范例二（设备机台进阶测试的前测工具）

在半导体制程上往往须仰赖高精度的机械手臂精准抓取芯片或大型的液晶面板玻璃，然而由于电磁干扰的因素而造成原始的自动化程序产生错误码，势将扩大制程失败的损失成本，因此制程设备公司往往会运用动态的测试机台来模拟各种电磁干扰的现象。其探讨辐射性与传导性电磁干扰放射的影响即可由实验设计来进行，传导性电磁干扰放射实验的架构简述如下：

就GSP-830频谱分析仪之电磁干扰诊断分析工具装置的架设而言，其所提供的设定涵盖了两组基本的应用频段，亦即在120KHz的解析度频宽RBW之下的30MHz~300MHz与300MHz~1GHz。首先，键入"Trace"功能键并按选"Peak"功能来找出zui大的噪声准位之主要来源。其次，进入"More"之选项后再键入 "Detection" 功能键即可得出基本的测试结果。至于需要进一步之进阶测试项目的话，我们可选定噪声之主要来源的峰值位置（例如120MHz），将其设定为中心频率后并展频范围4MHz，然后在按"Detection"功能键并键入"Quasi -Peak"之功能项，zui后在按选"AVG"之功能项即可找到其zui大的噪声之平均值。

传导性电磁干扰之量测系统

一般的噪声干扰源可分为共模噪声与差模噪声，其中这两个噪声干扰源成份则是由其个别之电流贡献所产生，故此杂讯藉助于线阻抗稳定化网路（line impedance stabilization network, LISN）萃取得出（如图十所示）。且其在引入噪声隔离器之后的量测值即可在频谱分析仪上得出。

如何判断出EMI与RFI的良策

就电磁波的传导方式而论，电磁噪声可分为辐射性与传导性两种噪声源，而三种构成噪声干扰的关键要素则包含了噪声的产生来源、被噪声所干扰的对象与噪声的传播路径，其中噪声干扰源可能是来自于局部端点、远场端点、邻近的电力线或是天线等，针对这些问题，有三种原则可用以处理电磁干扰的难题。首先，尽可能避开噪声的产生来源。其次，可透过建立抗电磁干扰机制或装置来保护易受干扰对象如TV、PC，或通讯系统等，而zui后的重点是设法让噪声的传播路径被*阻挡或降低其传播机率。许多产业界往往需要EMI的认证标准规范以符合市场上所*的电磁兼容性，这种被核准的EMI标准对于大多数的客户来说是非常重要的，因为每个交易的电子产品系统皆必须从各个不同的厂商所提供的EMI防护措施以确保其产品功能的正常运作。EMI除错侦测无异于一般的对象之电磁特性测试，它能在正式的认证程序进行之前带给所有完成充分准备的应用工程师令人激赏的经验。然而对那些未充分准备前测者而言，正式的认证程序进行则是一桩冒险的工作。不幸的是，在快速变动的EMI/EMC产业中，EMI/EMC的认证测试准备不足所产生的瓶颈成本往往

衍生了更多产品上市之机会成本。因为EMI/EMC的认证测试失败而必须重新规划新的认证测试，往往意谓着产品上市的营收损失及其因延误商机而增加的机会成本。

产品上市的营收损失及其因延误商机而增加的机会成本往往是取决于EMI/EMC的测试认证能否快速通过，许多公司因为体认到这个事实而愿意大力投资EMI/EMC测试认证的前测活动，以确保地就能够快速通过测试认证的审核作业。因为在产品离开公司之前而找出的产品

设计错误往往可能是事半功倍，一旦产品流入EMI/EMC测试认证实验室之后就会有导致亡羊补牢的风险，只有拥有一部高效能的EMI/EMC测试认证的前测设备才能确保降低更多无谓的损失。由于EMI/EMC测试认证实验室往往是采用自动化的测试系统，且EMI/EMC测试的作业比起传统的备用开发测试系统更具有完整性，而要求大部分的工程师*地测试其设计似乎是劳师动众且所费不眦。

基于上述的种种缘故，GSP-830提供了所有攸关EMI/EMC 的测试认证作业的工程师一套全方位的EMI/EMC前测工具，GSP-830所搭载之*的EMI扫描式量测软件可以快速满足许多重要的产业规格需求，同时在固纬电子的精简产品包装中内含EMI软件能够使得工程师快速找到EMI/EMC的问题。有了这套测试设备，则在种种量测上所需要的人力配置上即可完善地纳入现场作业，以支持各种必要性的电磁干扰针断分析。则在GSP-830上可进行的高速量测作业，可以让工程师*地贴近真实的EMI/EMC认证测试作业，而其快速地点检大量规格的功能足以大幅降低认证测试中意外失败的机率。凭借着固纬电子所提供的GSP-830频谱分析仪，则从9kHz到3GHz的操作频率范围中，可以帮助天线设计开发工程师发出*的EMI/EMC测试流程，以提高噪声侦测的的效能。地扩大讯号量测上的搜寻范围，高阶的用户接口环境更带给所有的研发工作者一个*的视讯体验，而多样化的功能则使得量测工作变得更容易且精准。GSP-830所提供的不仅是全市场上zui大的性能对价格比值，而运用GSP-830作为EMI/EMC认证测试程序上的前测工具，将可有效地消除在认证实验室中进行EMI测试之后量测运算上所造成的误差。GSP-830在主导EMI量测上已取得之足够的优势，以进一步推升到能够涵盖到zui多电子应用领域的EMI/EMC测试产业，对于大多数亟待短时间内快速通过EMI/EMC认证测试程序的产品上市计划而言，不啻是一项重大的福音。而在EMI/EMC认证测试程序的过程中若有任何问题产生，亦可透过快速的电路解析工具来排除各种疑难杂症，GSP-830不仅能够协助zui多的工程师找到并解决恼人的EMI/EMC难题，进而避免了面临过时仪器与功能性不足的量测系统而产生的挫折感。

结论与建议

由于种种高阶技术整合的因素，使得预防性的EMI 防护工作已然成为在设计电子与仪器产品上的盲点，同时近年来由于PC与通讯产业的发展一日千里，也使得越来越多的电子产品的工作频率由数个MHz迅速窜升到数个GHz。为了使电子产品在运作上能够降低至zui小的讯号干扰程度，有必要制定出zui严格的EMI标准，特别是在EMI外泄或是从任何电子产品所散射出的电磁辐射量的规格，都必须在成功地完成电子系统之设计与开发之后遵循各国所订出的EMI标准规范。而为了获致电子产品的快速上市，各个制造业厂家无不使出浑身解数，因而往往在EMI/EMC认证测试程序之正式送测前花费可观的成本企求在通过EMI/EMC认证测试程序找到并解决掉EMI干扰源的问题。固纬电子所提供的GSP-830频谱分析仪上，搭载着GKT-006侦测套件中包含了四种侦测器、两个转接头与两条无线射频缆线，将此侦测套件连接上一部频谱分析仪，则定位在待测组件上的电磁干扰放射源将是易如反掌的工作。GKT-006侦测套件是一款高效能的诊断分析工具，它能够让任何送到电磁干扰实测前的故障维修与前测工作畅行无阻。另一方面，在电子制造业或半导体生产线设备机台的进阶测试上，亦可透过辐射性与传导性电磁干扰放射的实验设计来架构出高效能的电磁干扰故障分析。

EMI介绍

对杂讯区分

1）传导妨害波：经过电源线传导出去的电波，频率30MHz以下者称之。

2）辐射妨害波及其直接辐射出去的电磁波，从30MHz～1GHz皆为管制对象。

EMI测量的相关规定

1） EMI所测量的项目，30MHz以下所测量的为电源传导，30MHz-1GHz所测量的为辐射传导。

2）在测定仪器设定必须在RBW = 9K & 120KHz下达成下面的目标。根据EMI测试的基本硬件要求，频谱分析仪必须配置EMI滤波器（预选器），以达到EMI接收机的测试基本条件：

A. 峰峰值、平均值和准峰值检波器功能；

B. RBW:9KHz和120KHz的EMI滤波器，

C. 6dB带宽；

此环境必须在背景杂讯极低的条件场所或隔离外界干扰源之环境底下才能得到量测标准值。

EMI测试仪器：

1.EMI接收机

加装EMI滤波器的选件已达到以下测试标准：

1） EMI所测量的项目，30MHz以下所测量的为电源传导，30MHz-1GHz所测量的为辐射传导。

A. 峰峰值、平均值和准峰值检波器功能；

B. RBW:9KHz和120KHz的EMI滤波器，

C. 6dB带宽

2.EMI 辐射测试探头

近场探头套件主要用于电子产品的电磁场测量，实现干扰源快速位，多种形状的探头，宽频率范围，可以完成多种的电磁场测试任务。配套使用的放大器，增益约20dB，可提高系统测试灵敏度！广泛应用于检测器件或者是表面的磁场方向及强度；机箱、线缆、PCB模块等磁场泄露情况；甚至可以精确到IC引脚以及具体的走线，从而判断干扰产生的原因，提高产品设计水平，缩短产品开发周期。

套件一：