浅谈设备电磁兼容性检测方法

2020-05-12苗涛施强

中国设备工程 2020年6期

苗涛，施强

（沈阳芯源微电子设备股份有限公司，辽宁沈阳 110168）

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数，的测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数采用频谱仪和信号放大器可以检测空间电磁干扰强度。通过频谱仪可以将空间信号辐射强度按照频域进行直观显示。这样就可以检测出器件的电磁辐射。对于器件的受干扰情况，则可以通过对器件通讯的信号波形进行分析，也就是用示波器测量信号质量。

1 方案组成

设备电磁兼容检测方案主要包含频谱仪（UTS2000A，频率范围：9kHz～3GHz）如图1，信号放大器（EM5030(LF)）如图2，近场探头可检查10cm范围内的磁场，可以进行漏磁检测，双通道示波器（UTD10500）如图3，带宽50Mhz，信号转接板（自制）如图4，主要负责将设备上的不同插件形式转换为方便示波器测量的端子形式。

图1 频谱仪

图2 信号放大器

图3 示波器

图4 信号转接板

测量器件的辐射强度如图5所示，该方案由被测器件（导线）、近场探头、有源信号放大器、频谱仪构成。通过移动探头可以检测被测器件本身包括线缆的辐射强度，进而了解该器件的EMI特性，通过设定信标可以确定在某一频率上的最大辐射强度。通过频谱仪的数据记录功能可以测量不同位置的辐射曲线，并对比曲线的增益差，进而获取导线辐射强度与距离的衰减关系。

图5 器件辐射强度

图6 示波器测量信号

测量通讯的信号质量如图6所示，该方案由被测器件信号（RS485 RS232 CAN等）、示波器、信号转接板构成（将被测点转换为方便示波器测量的触点）。信号经过转接板到达示波器，后经过示波器的捕获功能将其捕获并显示到示波器屏幕上。

2 测量过程

2．1 排查主要干扰源

将被测某型号驱动器通电，并将其调试到正常工作状态，频谱仪开机预热后，调整频谱仪的中心频率到1MHZ位置，并调整基准电平直到信号在可视区域内，设置RBW分辨带宽。进场探头靠近被测器件附近，信号经过放大并由频谱仪显示到频谱仪上，将探头放在潜在干扰导线位置并进行测量，使用频谱仪的多数据记录功能，调整不同距离，并将该距离下的干扰强度曲线锁定，这样采集五组不同数据，并记录频率。如图7所示。可以清晰地看出，随着距离的加大，干扰强度不断衰减。也可以看出干扰信号主要集中在40MHZ以内。并且频率越高的信号，距离增大后衰减越大。

图7 不同距离与辐射强度

经过数据整理得到如图8所示，不同频率下不同距离的干扰衰减曲线。由于大部分通讯频率在8MHZ以下，所以我们以8MHZ为参考，在8MHZ频率下距离0cm辐射功率为316（10-8W），距离4cm以上，辐射强度降低到0.79（10-8W），衰减400倍。所以建议该器件的干扰导线布线与弱电信号应最少隔离4cm以上。

图8 不同距离与辐射强度结论

2．2 受干扰程度测量

以上是通过频谱仪测试并分析干扰源特性，测量被干扰情况的判定需要示波器进行测量分析。将被测USB信号串联进入信号转接板，将干扰源靠近USB导线，调整示波器频率到10ms，将幅值调整到1v，并将示波器的采样调整为直流。将示波器的纵轴调整到可视区域，并将捕获触发位置调整到信号峰峰值的中间位置，按下捕获按钮，捕获USB干扰信号。再将干扰源去掉，再次进行测量如图9和图10是USB通讯信号收到干扰图对比。可以看到，在USB与电机动力线缠绕后受到的严重干扰。通过这种方法可以很直观地看出信号质量。同样的办法可以测量机台常用的RS485信号以及CAN信号等。有些信号不良并不是由于干扰引起的，最常见的就是信号反射，信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么它就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，信号都会发生反射。这些因素可能包括过长的走线、末端匹配的传输线、过量的电容或电感及阻抗失配。所以，在检测时应该先排除是否为自身引起的干扰。

3 效果总结

经过以上测量得出干扰源不同位置的干扰强度，并经过示波器测量找出最佳的隔离距离，如图9和10所示为改进前后的波形对比图，可以明显看出，干扰信号得到了消除。由于实际需求不是所有情况都可以通过隔离距离实现，这时，我们也可以通过磁环（滤波器）来实现，但是，需要结合频谱仪对干扰源干扰频率进行检测，选出磁环的频率与功率。