電磁兼容：傳導干擾測試
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EMC測試，簡單地說，就是測量產品的射頻輸出量，并比較其輸出值是否符合國家相關部門制定的標準。一般來講，任何可能會輸出RF信號的商業產品，都必須通過上述標準。
EMC兼容測試需要用到專業的設備和專門的技術，對于大多數公司來說，這些設備的成本是非常高昂的，所以一般都是選擇在產品開發完成后，送到第三方實驗室做認證測試。然而遺憾的是，很少有產品能夠一次性就通過，一般都需要多次整改。這樣的重復整改和測試，會增加成本，不可避免地，產品上市也將被延遲，這會給公司帶來非常重大的損失。
怎么解決這個問題呢？我們可以通過一些簡單的工具和技術來減少時間和經濟成本的損失。我們可以在產品開發的各個階段，進行預兼容測試，識別并解決出現的EMC問題，這個過程并不需要昂貴的設備支撐，整體來講，省時省力又省錢。
在這篇應用文檔中，我們將介紹如何進行傳導干擾的預兼容測試。這項技術將最大限度地避免產品開發后期的重復整改，幫助工程師更好地理解電路設計中需要注意的EMC問題，同時，對于未來的產品設計中如何規避EMC問題，也是一個很好的參考。
2、傳導干擾
傳導干擾，主要是測量用電產品產生的，通過線纜傳播的射頻分量，如能量，信號和數據。大多數對于傳導干擾的測試標準都集中在主電源交流分量產生的能量。電纜上過多的射頻分量會產生過度干擾，尤其是對于廣播收音機和其他的一些廣播頻段而言。
圖1 鼎陽科技頻譜分析儀SSA3021X （2.1 GHz）
傳導干擾預兼容測試一般需要一臺頻譜分析儀，兩個用作接地層的金屬導電板，和線性阻抗穩定網絡（LISN）。LISN的作用主要是用來為被測器件（DUT）供電，并將產生的射頻能量從DUT轉移到頻譜分析儀，這樣我們就可以通過頻譜分析儀屏幕上顯示的信息判定出這個被測器件是否符合標準了。我們還可以增加額外的瞬態保護和衰減，以免能量過大，造成對頻譜儀的損壞。典型的的傳導干擾預兼容測試的設置如圖2所示：
圖2 典型傳導干擾預兼容測試設置，圖中用瞬態限幅器和衰減器保護頻譜儀的RF輸入端
這套裝備基本能完全模擬出第三方實驗室對傳導干擾的測試設置，成本很低，并且設備對環境中產生的RF能量不敏感，這使得結果會相對來說比較準確。傳導干擾的測試要比輻射干擾的測試來得簡單，也更容易獲取到準確的數據。
設備清單：
頻譜分析儀/EMI 接收器：測量相對于頻率的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應該不低于1GHz, DANL為-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。
瞬態限幅器（可選用）： 保護頻譜儀RF輸入端，防止能量過大損壞儀器。
衰減器（可選用）： 備用3dB和10dB的衰減器，保護頻譜儀受到能量過大信號的破壞。
線性阻抗穩定網絡（LISN）：將DUT產生的RF能量傳輸到頻譜分析儀/EMI 接收機。選擇符合國家相關部門出臺的EMC標準，和DUT適配的LISN
注意：請認真研讀LISN用戶手冊。某些設計可能存在潛在的高壓，非常危險，可能需要特殊說明才能安全操作。
水平接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到垂直接地層留出40cm的距離。
垂直接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到水平接地層留出80cm的距離。水平和垂直接地層兩者交匯處采用低阻抗導電帶連接。
LISN連接: 短金屬導電片，用于將LISN連接到水平接地層。需要具備低阻抗特性，最好是薄金屬帶。如果用電線的話，效果不理想。
不導電工作臺：尺寸略大于DUT。材質可以是木材，玻璃纖維，塑料。
物理設置
將DUT放在不導電工作臺的中心位置
將水平接地層放到與DUT距離80cm的位置，并在DUT正下方居中。
將垂直接地層放到與DUT距離40cm的位置，并以DUT為中心。將垂直和水平接地層電氣連接。
將LISN連接到水平接地層。
將頻譜分析儀/EMI接收機放置在離水平接地層的邊緣幾英尺的地方，并將其連接電源。
測試前檢查
根據頻譜分析儀制造商的建議預熱儀器。
打開LISN電源，但此時注意不要連接DUT。
將LISN RF輸出端連接到頻譜儀的RF輸入端。同時可以連上瞬態限幅器和3dB或者10dB的衰減器。
設置頻譜儀：
將起始頻率設置為150 kHz
將終止頻率設置為30 MHz
將RBW設置為1 MHz
將檢波方式設置為正峰值檢波
將LISN校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
許多頻譜分析儀都有創建Limit模板的功能。如果可用，您可以將特定的Limit模板添加到頻譜分析儀，這樣可以進一步簡化測量過程。
（選用）如果使用瞬態限幅器，請將其校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
（選用）如果使用外部衰減器，請將其校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
在沒有輸入的前提下，觀測頻譜儀的界面，它的譜線應該是平滑且功率非常低的。您也可以將RBW設置到最低，顯示出來的譜線代表的是本底噪聲。
我們可以將這些保存為圖片或圖像文件以供稍后參考。 下面的圖3顯示了鼎陽科技 SSA3032X頻譜分析儀的開路頻譜圖，其配置如上所述：
設備清單：
頻譜分析儀/EMI 接收器：測量相對于頻率的RF功率。頻譜儀的最高輸入頻率應該不低于1GHz, DANL為-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW不低于10kHz。
瞬態限幅器（可選用）： 保護頻譜儀RF輸入端，防止能量過大損壞儀器。
衰減器（可選用）： 備用3dB和10dB的衰減器，保護頻譜儀受到能量過大信號的破壞。
線性阻抗穩定網絡（LISN）：將DUT產生的RF能量傳輸到頻譜分析儀/EMI 接收機。選擇符合國家相關部門出臺的EMC標準，和DUT適配的LISN
注意：請認真研讀LISN用戶手冊。某些設計可能存在潛在的高壓，非常危險，可能需要特殊說明才能安全操作。
水平接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到垂直接地層留出40cm的距離。
垂直接地層：導電金屬片的寬度約為15cm。DUT到水平接地層留出80cm的距離。水平和垂直接地層兩者交匯處采用低阻抗導電帶連接。
LISN連接: 短金屬導電片，用于將LISN連接到水平接地層。需要具備低阻抗特性，最好是薄金屬帶。如果用電線的話，效果不理想。
不導電工作臺：尺寸略大于DUT。材質可以是木材，玻璃纖維，塑料。
物理設置
將DUT放在不導電工作臺的中心位置
將水平接地層放到與DUT距離80cm的位置，并在DUT正下方居中。
將垂直接地層放到與DUT距離40cm的位置，并以DUT為中心。將垂直和水平接地層電氣連接。
將LISN連接到水平接地層。
將頻譜分析儀/EMI接收機放置在離水平接地層的邊緣幾英尺的地方，并將其連接電源。
測試前檢查
根據頻譜分析儀制造商的建議預熱儀器。
打開LISN電源，但此時注意不要連接DUT。
將LISN RF輸出端連接到頻譜儀的RF輸入端。同時可以連上瞬態限幅器和3dB或者10dB的衰減器。
設置頻譜儀：
將起始頻率設置為150 kHz
將終止頻率設置為30 MHz
將RBW設置為1 MHz
將檢波方式設置為正峰值檢波
將LISN校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
許多頻譜分析儀都有創建Limit模板的功能。如果可用，您可以將特定的Limit模板添加到頻譜分析儀，這樣可以進一步簡化測量過程。
（選用）如果使用瞬態限幅器，請將其校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
（選用）如果使用外部衰減器，請將其校正數據輸入分析儀并啟用校正功能以確保測量的準確性
在沒有輸入的前提下，觀測頻譜儀的界面，它的譜線應該是平滑且功率非常低的。您也可以將RBW設置到最低，顯示出來的譜線代表的是本底噪聲。
我們可以將這些保存為圖片或圖像文件以供稍后參考。 下面的圖3顯示了鼎陽科技 SSA3032X頻譜分析儀的開路頻譜圖，其配置如上所述：
圖3 SSA3032X頻譜分析儀的開路本底噪聲
初次掃描
斷開LISN輸出端與頻譜儀輸入端的連線。
將電源線從DUT連接到LISN，電源線不能卷曲和纏繞。確保其平放并且不在DUT和水平接地層之間。
打開DUT的電源。
將LISN RF輸出端重新連接到頻譜分析儀RF輸入端。注意：這些步驟為頻譜分析儀前端增加了另一層保護。 一些LISN還擁有最小化這些瞬變值的特性，在這種情況下，這些步驟就可做可不做了。
觀察掃描結果并記錄3dB內或者是超過limit模板的峰值。這些是潛在的產生問題區域。
圖4 展示了未通過Limit模板的掃描結果
斷開LISN輸出端與頻譜儀輸入端的連線。
將電源線從DUT連接到LISN，電源線不能卷曲和纏繞。確保其平放并且不在DUT和水平接地層之間。
打開DUT的電源。
將LISN RF輸出端重新連接到頻譜分析儀RF輸入端。注意：這些步驟為頻譜分析儀前端增加了另一層保護。 一些LISN還擁有最小化這些瞬變值的特性，在這種情況下，這些步驟就可做可不做了。
觀察掃描結果并記錄3dB內或者是超過limit模板的峰值。這些是潛在的產生問題區域。
圖4 展示了未通過Limit模板的掃描結果
圖4 初步掃描顯示，根據FCC第15條針對無意射頻干擾的規定，該峰值已經超過B類限制標準
繼續掃描和評估
上述初步掃描已經大致鎖定了出現射頻泄漏的頻率范圍。但是，設置與大多數規格中指出的設置不同。我們建議使用以下頻譜儀設置：RBW = 10 kHz，檢波方式=正峰值，Span= 30MHz。這使您可以快速分析有問題的區域，并對DUT的射頻泄漏情況有一個大概的了解。
更多可選的器件有助于使測量更精確：
大多數頻譜分析儀沒有預選濾波器。如果您使用的是沒有預選濾波器的頻譜分析儀，則您觀察到的峰值可能不真實。沒有預選濾波器的分析儀會因帶外信號與觀測信號混合而產生假峰值。
您可以通過添加外部衰減器來測試峰值的真假（選用3dB或者10dB衰減器）。隨著衰減量的增加，真峰值的波峰會下降。如果峰值下降的幅度超過了衰減值，那么很有可能是假峰值。
實際峰值將減少衰減器的數量。如果峰值下降超過衰減器，則可能是假峰值。記下假峰值，以便與合規性測試結果進行比較。您也可以使用預選濾波器或EMI接收器，但這些對于大多數快速測試來說往往成本過高。記錄下假峰值，以便后期進行對比。
圖5 給出了一個典型的峰值確認的測試圖。在沒有衰減器的情況下，屏幕上顯示的是黃色跡線。粉紅色跡線是添加了10dB衰減后的結果。我們不難看出，峰值下降的量與衰減量相同，我們可以判定出這個峰值是真實的，而不是帶外信號的產物。
圖5：使用SIGLENT SSA3000X頻譜分析儀的Marker功能進行兩次掃描的比較
一些頻譜儀的工具包功能非常近似于EMI接收器，不過這些工具包通常是選配的：
EMI濾波器：（6dB帶寬）
RBW帶寬為200 Hz，9 kHz和120 kHz
準峰值（QP）檢波器
如果您猜測該DUT具有瞬態的RF脈沖，或者間歇性的數字通信，或者偶發的瞬態高功率信號，那么最好是用EMI 濾波器和準峰值檢波器重新掃描一下。
將頻譜儀的中心頻率設置為感興趣的峰值頻率，將SPAN設置為指定RBW的10倍，然后將濾波器更改為EMI，將檢波器更改為準峰值（QP）檢波器，然后觀察掃描。由于準峰值檢波器自身特性原因，使用QP檢波器掃描時間會把一般的要長。
許多頻譜分析儀都具有‘最大保持’功能?？梢猿掷m保持每個頻率點掃描出的最高幅值。這個功能將使得您可以將每個頻點的最壞的數據收集到，并加以比較。
如果可以的話，您可以使用Marker功能和峰值表功能，使其能夠清楚地顯示出峰值頻率和幅值。
EMI濾波器：（6dB帶寬）
RBW帶寬為200 Hz，9 kHz和120 kHz
準峰值（QP）檢波器
如果您猜測該DUT具有瞬態的RF脈沖，或者間歇性的數字通信，或者偶發的瞬態高功率信號，那么最好是用EMI 濾波器和準峰值檢波器重新掃描一下。
將頻譜儀的中心頻率設置為感興趣的峰值頻率，將SPAN設置為指定RBW的10倍，然后將濾波器更改為EMI，將檢波器更改為準峰值（QP）檢波器，然后觀察掃描。由于準峰值檢波器自身特性原因，使用QP檢波器掃描時間會把一般的要長。
許多頻譜分析儀都具有‘最大保持’功能?？梢猿掷m保持每個頻率點掃描出的最高幅值。這個功能將使得您可以將每個頻點的最壞的數據收集到，并加以比較。
如果可以的話，您可以使用Marker功能和峰值表功能，使其能夠清楚地顯示出峰值頻率和幅值。
圖6 激活峰值表和marker標記功能
上位機軟件
為了便于搜集EMC報告數據和屏幕截圖，SIGLENT鼎陽還提供了一個名為EasySpectrum的免費軟件包。它可以讓用戶快速輸入，存儲和調用硬件校正因子，生成Limit限制模板和生產掃描報告等。更多相關信息，請參考SSA3000X軟件頁面。
為了便于搜集EMC報告數據和屏幕截圖，SIGLENT鼎陽還提供了一個名為EasySpectrum的免費軟件包。它可以讓用戶快速輸入，存儲和調用硬件校正因子，生成Limit限制模板和生產掃描報告等。更多相關信息，請參考SSA3000X軟件頁面。
圖7 SIGLENT鼎陽的EasySpectrum軟件的EMI掃描報告示例
3、結論
幾乎所有會產生射頻泄漏的商業性電子產品都需要進行EMC認證。一般的公司都會送到第三方實驗室進行檢驗，但是這價格非常高昂，并且實驗室本身也是需要預約的，所以對于公司來講，時間和經濟成本的代價都很高。
通過一些簡單的工具和方法，可以先行進行預兼容測試，從而大大縮短產品開發總時間，降低成本，自行反復整改和調試的經驗，也會大大減少未來產品的EMC問題。
幾乎所有會產生射頻泄漏的商業性電子產品都需要進行EMC認證。一般的公司都會送到第三方實驗室進行檢驗，但是這價格非常高昂，并且實驗室本身也是需要預約的，所以對于公司來講，時間和經濟成本的代價都很高。
通過一些簡單的工具和方法，可以先行進行預兼容測試，從而大大縮短產品開發總時間，降低成本，自行反復整改和調試的經驗，也會大大減少未來產品的EMC問題。
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