电磁干扰测量与诊断

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.电磁干扰测量与诊断当你的产品品由于电电磁干扰扰发射强强度超过过电磁兼兼容标准准规定而而不能出出厂时，或或当由于于电路模模块之间间的电磁磁干扰，系系统不能能正常工工作时，我我们就要要解决电电磁干扰扰的问题题。要解解决电磁磁干扰问问题，首首先要能能够“看”到电磁磁干扰，了了解电磁磁干扰的的幅度和和发生源源。本文文要介绍绍有关电电磁干扰扰测量和和判断干干扰发生生源的的的方法。测量仪仪器谈到测测量电信信号，电电气工程程师首先先想到的的可能就就是示波波器。示示波器是是

2、一种将将电压幅幅度随时时间变化化的规律律显示出出来的仪仪器，它它相当于于电气工工程师的的眼睛，使使你能够够看到线线路中电电流和电电压的变变化规律律，从而而掌握电电路的工工作状态态。但是是示波器器并不是是电磁干干扰测量量与诊断断的理想想工具。这这是因为为：A. 所所有电磁磁兼容标标准中的的电磁干干扰极限限值都是是在频域域中定义义的，而而示波器器显示出出的时域域波形。因因此测试试得到的的结果无无法直接接与标准准比较。为为了将测测试结果果与标准准相比较较，必须须将时域域波形变变换为频频域频谱谱。B.电磁磁干扰相相对于电电路的工工作信号号往往都都是较小小的，并并且电磁磁干扰的的频率往往往比信信号高，而

3、而当一些些幅度较较低的高高频信号号叠加在在一个幅幅度较大大的低频频信号时时，用示示波器是是无法进进行测量量。C.示波波器的灵灵敏度在在mV级，而而由天线线接收到到的电磁磁干扰的的幅度通通常为VV级，因因此示波波器不能能满足灵灵敏度的的要求。测量电电磁干扰扰更合适适的仪器器是频谱谱分析仪仪。频谱谱分析仪仪是一种种将电压压幅度随随频率变变化的规规律显示示出来的的仪器，它它显示的的波形称称为频谱谱。频谱谱分析仪仪克服了了示波器器在测量量电磁干干扰中的的缺点，它它能够精精确测量量各个频频率上的的干扰强强度。对于电电磁干扰扰问题的的分析而而言，频频谱分析析仪是比比示波器器更有用用的仪器器。而用用频谱分分

4、析仪可可以直接接显示出出信号的的各个频频谱分量量。1.1频频谱分析析仪的原原理频谱分分析仪是是一台在在一定频频率范围围内扫描描接收的的接收机机，它的的原理图图如图11所示。图1 频谱谱分析仪仪的原理理框图频谱分分析仪采采用频率率扫描超超外差的的工作方方式。混混频器将将天线上上接收到到的信号号与本振振产生的的信号混混频，当当混频的的频率等等于中频频时，这这个信号号可以通通过中频频放大器器，被放放大后，进进行峰值值检波。检检波后的的信号被被视频放放大器进进行放大大，然后后显示出出来。由由于本振振电路的的振荡频频率随着着时间变变化，因因此频谱谱分析仪仪在不同同的时间间接收的的频率是是不同的的。当本本

5、振振荡荡器的频频率随着着时间进进行扫描描时，屏屏幕上就就显示出出了被测测信号在在不同频频率上的的幅度，将将不同频频率上信信号的幅幅度记录录下来，就就得到了了被测信信号的频频谱。根据这这个频谱谱，就能能够知道道被测设设备是否否有超过过标准规规定的干干扰发射射，或产产生干扰扰的信号号频率是是多少。1.2 频谱分分析仪的的使用方方法要获得得正确的的测量结结果，必必须正确确地操作作频谱分分析仪。本本节简单单介绍频频谱分析析仪的使使用方法法。正确确使用频频谱分析析仪的关关键是正正确设置置频谱分分析仪的的各个参参数。下下面解释释频谱分分析仪中中主要参参数的意意义和设设置方法法。频率扫描范范围： 规定了了频

6、谱分分析仪扫扫描频率率的上限限和下限限。通过过调整扫扫描频率率范围，可可以对感感兴趣的的频率进进行细致致的观察察。扫描描频率范范围越宽宽，则扫扫描一遍遍所需要要时间越越长，频频谱上各各点的测测量精度度越低，因因此，在在可能的的情况下下，尽量量使用较较小的频频率范围围。在设设置这个个参数时时，可以以通过设设置扫描描开始频频率和终终止频率率来确定定，例如如：sttartt frrequuenccy = 1MMHz, sttop freequeencyy = 11MMHz。也也可以通通过设置置扫描中中心频率率和频率率范围来来确定，例例如：ccentter freequeencyy = 6MHHz,

7、spaan = 100MHzz。这两两种设置置的结果果是一样样的。中频分辨带带宽： 规定了了频谱分分析仪的的中频带带宽，这这项指标标决定了了仪器的的选择性性和扫描描时间。调调整分辨辨带宽可可以达到到两个目目的，一一个是提提高仪器器的选择择性，以以便对频频率相距距很近的的两个信信号进行行区别。另另一个目目的是提提高仪器器的灵敏敏度。因因为任何何电路都都有热噪噪声，这这些噪声声会将微微弱信号号淹没，而而使仪器器无法观观察微弱弱信号。噪噪声的幅幅度与仪仪器的通通频带宽宽成正比比，带宽宽越宽，则则噪声越越大。因因此减小小仪器的的分辨带带宽可以以减小仪仪器本身身的噪声声，从而而增强对对微弱信信号的检检测

8、能力力。分辨带带宽一般般以3ddB带宽宽来表示示。当分分辨带宽宽变化时时，屏幕幕上显示示的信号号幅度可可能会发发变化。若若测量信信号的带带宽大于于通频带带带宽，则则当带宽宽增加时时，由于于通过中中频放大大器的信信号总能能量增加加，显示示幅度会会有所增增加。若若测量信信号的带带宽小于于通频带带宽，如如对于单单根谱线线的信号号，则不不管分辨辨带宽怎怎样变化化，显示示信号的的幅度都都不会发发生变化化。 信号带带宽超过过中频带带宽的信信号称为为宽带信信号，信信号带宽宽小于中中频带宽宽的信号号称为窄窄带信号号。根据据信号是是宽带信信号还是是窄带信信号能够够有效地地定位干干扰源。扫描时间： 仪器接接收的信

9、信号从扫扫描频率率范围的的最低端端扫描到到最高端端所使用用的时间间叫做扫扫描时间间。扫描描时间与与扫描频频率范围围是相匹匹配的。如如果扫描描时间过过短，测测量到的的信号幅幅度比实实际的信信号幅度度要小。视频带宽： 视频带宽的的作用与与中频带带宽相同同，可以以减小仪仪器本身身的带内内噪声，从从而提高高仪器对对微弱信信号的检检测能力力。2用频谱谱分析仪仪分析干干扰的来来源2.1 根据据干扰信信号的频频率确定定干扰源源在解决电磁磁干扰问问题时，最最重要的的一个问问题是判判断干扰扰的来源源，只有有准确将将干扰源源定位后后，才能能够提出出解决干干扰的措措施。根根据信号号的频率率来确定定干扰源源是最简简单

10、的方方法，因因为在信信号的所所有特征征中，频频率特征征是最稳稳定的，并并且电路路设计人人员往往往对电路路中各个个部位的的信号频频率都十十分清楚楚。因此此，只要要知道了了干扰信信号的频频率，就就能够推推测出干干扰是哪哪个部位位产生的的。对于电电磁干扰扰信号，由由于其幅幅度往往往远小于于正常工工作信号号，因此此用示波波器很难难测量到到干扰信信号的频频率。特特别是当当较小的的干扰信信号叠加加在较大大的工作作信号上上时，示示波器无无法与干干扰信号号同步，因因此不可可能得到到准确的的干扰信信号频率率。而用频频谱分析析仪做这这种测量量是十分分简单的的。由于于频谱分分析仪的的中频带带宽较窄窄，因此此能够将将

11、与干扰扰信号频频率不同同的信号号滤除掉掉，精确确地测量量出干扰扰信号频频率，从从而判断断产生干干扰信号号的电路路。2.2 根据据干扰信信号的带带宽确定定干扰源源判断干扰信信号的带带宽也是是判断干干扰源的的有效方方法。例例如，在在一个宽宽带源的的发射中中可能存存在一个个单个高高强度信信号，如如果能够够判断这这个高强强度信号号是窄带带信号，则则它不可可能是从从宽带发发射源产产生的。干干扰源可可能是电电源中的的振荡器器，或工工作不稳稳定的电电路，或或谐振电电路。当当在仪器器的通频频带中只只有一根根谱线时时，就可可以断定定这个信信号是窄窄带信号号。根据傅傅立叶变变换，单单根的谱谱线所对对应的信信号是周

12、周期信号号。因此此，当遇遇到单根根谱线时时，就要要将注意意力集中中到电路路中的周周期信号号电路上上。3用近场场测试方方法确定定辐射源源除了上上述的根根据信号号特征判判断干扰扰源的方方法以外外，在近近场区查查找辐射射源可以以直接发发现干扰扰源。在在近场区区查找辐辐射源的的工具有有近场探探头和电电流卡钳钳。检查查电缆上上的发射射源要使使用电流流卡钳，检检查机箱箱缝隙的的泄漏要要使用近近场探头头。3.1 电电流卡钳钳与近场场探头电流探探头是利利用变压压器原理理制造的的能够检检测导线线上电流流的传感感器。当当电流探探头卡在在被测导导线上时时，导线线相当于于变压器器的初级级，探头头中的线线圈相当当于变压

13、压器的次次级。导导线上的的信号电电流在电电流探头头的线圈圈上感应应出电流流，在仪仪器的输输入端产产生电压压。于是是频谱分分析仪的的屏幕上上就可以以看到干干扰信号号的频谱谱。仪器器上读到到的电压压值与导导线中的的电流值值通过传传输阻抗抗换算。传传输阻抗抗定义为为：仪器器50? 输入入阻抗上上感应的的电压与与导线中中的电流流之比。对对于一个个具体的的探头，可可以从厂厂家提供供的探头头说明书书中查到到它的转转移阻抗抗ZT。因因此，导导线中的的电流等等于：I = VV / ZT如果公公式中的的所有物物理量都都用dBB表示，则则直接相相减。对于机机箱的泄泄漏，要要用近场场探头进进行探测测。近场场探头可可

14、以看成成是很小小的环形形天线。由由于它很很小，因因此灵敏敏度很低低，仅能能对近场场的辐射射源进行行探测。这这样有利利于对辐辐射源进进行精确确定位。由由于近场场探头的的灵敏度度较低，因因此在使使用时要要与前置置放大器器配套使使用。3.2 用电流流卡钳检检测共模模电流设备产产生辐射射的主要要原因之之一是电电缆上有有共模电电流。因因此当设设备或系系统有超超标发射射时，首首先应该该怀疑的的就是设设备上外外拖的各各种电缆缆。这些些电缆包包括电源源线电缆缆和设备备之间的的互连电电缆。将电流流探头卡卡在电缆缆上，这这时由于于探头同同时卡住住了信号号线和回回流线，因因此差模模电流不不会感应应出电压压，仪器器上

15、读出出的电压压仅代表表共模电电流。测量共共模电流流时，最最好在屏屏蔽室中中进行。如如果不在在屏蔽室室中，周周围环境境中的电电磁场会会在电缆缆上感应应出电流流，造成成误判断断。因此此应首先先将设备备的电源源断开，在在设备没没有加电电的状态态下测量量电缆上上的背景景电流，并并记录下下来，以以便与设设备加电电后测量量的结果果进行比比较，排排除背景景的影响响。如果在在用天线线进行测测量时将将频谱分分析仪的的扫描频频率局限限感兴趣趣的频率率周围很很小的范范围内，则则可以排排除环境境中的干干扰。3.3 用近场场探头检检测机箱箱的泄漏漏如果设设备上外外拖电缆缆上没有有较强的的共模电电流，就就要检查查设备机机

16、箱上是是否有电电磁泄漏漏。检查查机箱泄泄漏的工工具是近近场探头头。将近近场探头头靠近机机箱上的的接缝和和开口处处，观察察频谱分分析仪上上是否有有感兴趣趣的信号号出现。一一般由于于探头的的灵敏度度较低，即即使用了了放大器器，很弱弱的信号号在探头头中感应应的电压压也很低低，因此此在测量量时要将将频谱分分析仪的的灵敏度度调得尽尽量高。根根据前面面的讨论论，减小小频谱分分析仪的的分辨带带宽能够够提高仪仪器的灵灵敏度。但但是要注注意的是是，当分分辨带宽宽很窄时时，扫描描时间会会变得很很长。为为了缩短短扫描时时间，提提高检测测效率，应应该使频频谱分析析仪的扫扫描频率率范围尽尽量小。因因此一般般在用近近场探

17、头头检测机机箱泄漏漏时，都都是首先先用天线线测出泄泄漏信号号的精确确频率，然然后使仪仪器用尽尽量小的的扫描频频率范围围覆盖住住这个干干扰频率率。这样样做的另另一个好好处是不不会将背背景干扰扰误判为为泄漏信信号。对于机机箱而言言，靠近近滤波器器安装位位置的缝缝隙是最最容易产产生电磁磁泄漏的的。因为为滤波器器将信号号线上的的干扰信信号旁路路到机箱箱上，在在机箱上上形成较较强的干干扰电流流，这些些电流流流过缝隙隙时，就就会在缝缝隙处产产生电磁磁泄漏。4容易犯犯的错误误当设备备不能满满足有关关的电磁磁兼容标标准时，就就要对设设备产生生超标发发射的原原因进行行调查，然然后进行行排除。在在这个过过程中，经

18、经常发现现许多人人经过长长时间的的努力，仍仍然没有有排除故故障。造造成这种种情况的的原因是是诊断工工作陷入入了“死循环环”。这种种情况可可以用下下面的例例子说明明。假设一一个系统统在测试试时出现现了超标标发射，使使系统不不能满足足电磁兼兼容标准准中对电电磁辐射射的限制制。经过过初步调调查，原原因可能能有4个，它它们分别别是：主机与键盘盘之间的的互连电电缆（电电缆1）上的的共模电电流产生生的辐射射 主机与打印印机之间间的互连连电缆（电电缆2）上的的共模电电流产生生的辐射射 机箱面板与与机箱基基体之间间的缝隙隙（开口口1）产生生的泄漏漏 某显示窗口口（开口口2）产生生泄漏 在诊断断时，首首先在电电

19、缆1上套一一个铁氧氧体磁环环，以减减小共模模辐射，结结果发现现频谱仪仪屏幕上上显示的的信号并并没有明明显减小小。于是是试验人人员认为为电缆11不是一一个主要要的泄漏漏源，将将铁氧体体磁环取取下，套套在电缆缆2上，结结果发现现频谱仪仪屏幕上上显示的的信号还还没有明明显减小小。结果果试验人人员得出出结论，电电缆不是是泄漏源源。于是再再对机箱箱上的泄泄漏进行行检查。用用屏蔽胶胶带将开开口1堵上，发发现频谱谱仪屏幕幕上显示示的信号号没有明明显减小小。试验验人员认认为开口口1不是主主要泄漏漏源，将将屏蔽胶胶带取下下，堵到到开口22上。结结果频谱谱仪上的的显示信信号还没没有减小小。试验验人员一一筹莫展展。

20、之所所以会发发生这个个问题，是是因为试试验人员员忽视了了频谱分分析仪上上显示的的信号幅幅度是以以dB为单单位显示示的。下下面我们们看一下下为什么么会有这这种现象象。假设这这4个泄漏漏源所占占的成分分各占11/4，并并且在每每个辐射射源上采采取的措措施能够够将这个个辐射源源完全抑抑制掉。则则我们采采取以上上4个措施施中的一一个时，频频谱仪上上显示信信号降低低的幅度度A为：A = 20 lg ( 44 / 3 ) = 2.55 dBB幅度减减小这么么少，显显然是微微不足道道的。但但这却已已经将泄泄漏减少少了255%。正确的的方法是是，当对对一个可可能的泄泄漏源采采取了抑抑制措施施后，即即使没有有明

21、显的的改善，也也不要将将这个措措施去掉掉，继续续对可能能的泄漏漏源采取取措施。当当采取到到某个措措施时，如如果干扰扰幅度降降低很多多，并不不一定说说明这个个泄漏源源是主要要的，而而仅说明明这个干干扰源是是最后一一个。按按照这个个步骤对对4个泄漏漏源逐个个处理的的结果如如图1所示。在前面面的叙述述中，我我们假定定对某个个泄漏源源采取措措施后，这这个泄漏漏源被1100%消除掉掉，如果果这样，当当最后一一个泄漏漏源去掉掉后，电电磁干扰扰的减小小应为无无限大。实实际这是是不可能能的。我我们在采采取任何何一个措措施时，都都不可能能将干扰扰源1000%消消除。泄泄漏源去去掉的程程度可以以是999% ，或或

22、99.9% ，甚至至99.99以以上，而而决不可可能是1100% ！所所以当最最后一个个泄漏源源去掉后后，尽管管改善很很大，但但仍是有有限值。当设备备完全符符合有关关的规定定后，如如果为了了降低产产品成本本，减少少不必要要的器件件，可以以将采取取的措施施逐个去去掉。首首先应该该考虑去去掉的是是成本较较高器件件/材料，或或在正式式产品上上难于实实现的措措施。如如果去掉掉后，产产品的电电磁发射射并没有有超标，就就可以去去掉这个个措施。通通过试验验，使产产品成本本降到最最低。图 2 抑抑制4个泄漏漏源时干干扰幅度度的变化化产品电电磁兼容容测试诊诊断步骤骤图3给出了了一个设设备或系系统的电电磁干扰扰发

23、射与与故障分分析步骤骤，按照照这个步步骤进行行可以提提高测试试诊断的的效率。 图3 电磁磁兼容测测试诊断断步骤关于图3的的说明如如下：电磁兼容测测试一般般首先测测量干扰扰发射，因因为干扰扰发射的的试验费费用一般般比敏感感度试验验费用低低。另外外当设备备的干扰扰发射能能够满足足要求时时，往往往敏感度度也不会会有大的的问题。因因为几乎乎所有的的解决干干扰发射射的措施施同样对对改善敏敏感度有有效。 测量干扰发发射时要要先测量量传导发发射，不不仅要在在标准规规定的频频率范围围内测量量，还要要对更高高的频率率进行摸摸底测量量。当电电源线上上有较强强的干扰扰电流时时，要先先解决这这个问题题。因为为这些传传

24、导干扰扰电流会会借助导导线的天天线作用用产生辐辐射，导导致辐射射发射不不合格。 当传导发射射完全合合格后，再再进行辐辐射发射射测试。对对于辐射射发射不不合格的的频率，要要记录下下精确频频率，便便于在用用近场探探头查找找问题时时，将频频谱分析析仪的扫扫描范围围设置在在干扰频频率附近近。 附录4容易犯犯的错误误当设备备不能满满足有关关的电磁磁兼容标标准时，就就要对设设备产生生超标发发射的原原因进行行调查，然然后进行行排除。在在这个过过程中，经经常发现现许多人人经过长长时间的的努力，仍仍然没有有排除故故障。造造成这种种情况的的原因是是诊断工工作陷入入了“死循环环”。这种种情况可可以用下下面的例例子说

25、明明。假设一一个系统统在测试试时出现现了超标标发射，使使系统不不能满足足电磁兼兼容标准准中对电电磁辐射射的限制制。经过过初步调调查，原原因可能能有4个，它它们分别别是：主机与键盘盘之间的的互连电电缆（电电缆1）上的的共模电电流产生生的辐射射 主机与打印印机之间间的互连连电缆（电电缆2）上的的共模电电流产生生的辐射射 机箱面板与与机箱基基体之间间的缝隙隙（开口口1）产生生的泄漏漏 某显示窗口口（开口口2）产生生泄漏 在诊断断时，首首先在电电缆1上套一一个铁氧氧体磁环环，以减减小共模模辐射，结结果发现现频谱仪仪屏幕上上显示的的信号并并没有明明显减小小。于是是试验人人员认为为电缆11不是一一个主要要

26、的泄漏漏源，将将铁氧体体磁环取取下，套套在电缆缆2上，结结果发现现频谱仪仪屏幕上上显示的的信号还还没有明明显减小小。结果果试验人人员得出出结论，电电缆不是是泄漏源源。于是再再对机箱箱上的泄泄漏进行行检查。用用屏蔽胶胶带将开开口1堵上，发发现频谱谱仪屏幕幕上显示示的信号号没有明明显减小小。试验验人员认认为开口口1不是主主要泄漏漏源，将将屏蔽胶胶带取下下，堵到到开口22上。结结果频谱谱仪上的的显示信信号还没没有减小小。试验验人员一一筹莫展展。之所所以会发发生这个个问题，是是因为试试验人员员忽视了了频谱分分析仪上上显示的的信号幅幅度是以以dB为单单位显示示的。下下面我们们看一下下为什么么会有这这种现

27、象象。假设这这4个泄漏漏源所占占的成分分各占11/4，并并且在每每个辐射射源上采采取的措措施能够够将这个个辐射源源完全抑抑制掉。则则我们采采取以上上4个措施施中的一一个时，频频谱仪上上显示信信号降低低的幅度度A为：A = 20 lg ( 44 / 3 ) = 2.55 dBB幅度减减小这么么少，显显然是微微不足道道的。但但这却已已经将泄泄漏减少少了255%。正确的的方法是是，当对对一个可可能的泄泄漏源采采取了抑抑制措施施后，即即使没有有明显的的改善，也也不要将将这个措措施去掉掉，继续续对可能能的泄漏漏源采取取措施。当当采取到到某个措措施时，如如果干扰扰幅度降降低很多多，并不不一定说说明这个个泄漏源源是主要要的，而而仅说明明这个干干扰源是是最后一一个。按按照这个个步骤对对4个泄漏漏源逐个个处理的的结果如如图