電子產品為什么要做 EMC 電磁兼容測試,EMC 測試要怎么做,自始至終是硬件、PCB 工程師做電子設計必不可少的重要環節。

 

據了解,全世界幾乎所有國家的 IT、 無線電和電信產品,在成為電子合格產品并在市面流通前,都需要進行電磁兼容 EMC 測試。EMC 測試過程,旨在驗證產品傳輸的電磁干擾是否在可接受范圍內,并且確保你的產品及功能本身不會受到電磁干擾的負面影響。

 

既然電磁兼容(EMC)那么重要,我們做產品的 EMC 項目測試時,需要怎么做呢?

 

一個完整的產品項目 EMC 測試,具體包括以下幾個步驟:

 

• EMC 輻射發射測試:測量電磁干擾(EMI)的測試通過電氣設備


• EMC 抗擾度測試:測量產品對其他來源的電磁干擾的敏感性的測試


• 靜電放電(ESD)測試:當兩個物體接觸時釋放靜電。ESD 的例子包括在衣物烘干機或閃電中烘干衣物后有時會感覺到的靜電。


• 傳導抗擾度測試:將電流注入被測系統的輸入和輸出電纜


• 傳導發射測試:從電氣設備通過電源線傳輸回電氣系統的射頻能量


• 射頻兼容性測試:射頻是能量的電磁輻射對通信有用的頻率。我們提供的測試側重于在系統內運行的天線連接 RF 接收器 / 發射器子系統正常運行而不會因天線到天線耦合而導致性能下降的能力

 

今天我們來詳細講解一下 EMC 輻射發射測試、傳導發射測試

 

EMC 輻射發射測試

定義:輻射發射主要測試設備在正常工作時自身對外界的輻射干擾強度,按照在客戶端的典型安裝要求對受試設備進行布置,線材要遵從規格書規定的長度和型號;除了 36.201.1a 規定的設備外,其他設備和系統應根據 GB4824(工業、科學和醫療(ISM)射頻設備騷擾特性限值和測量方法)進行分組、分類和測試。

 

范圍:輻射發射包含頻率為 9kHz—18GHz

 

(1)9KHz—30MHz 頻段
在這個頻段測量磁場 H,當 EUT 較小時,放在大磁環天線(LLA)中,測量騷擾磁場的感應電流;當 EUT 較大時,采用遠天線法,用單小環在規定距離測量騷擾的磁場強度。

 

(2)30MHz—18GHz 頻段
在這個頻段測量電場 E:1GHz 以下,即 30MHz—1GHz 所需設備場地大致如下:場地選擇在開闊場地或半電波暗室,模擬半自由空間,0.8m 高木桌,可 360 度旋轉轉臺,測量距離為 3、10m 和相應的限值,天線 1—4m 高可調,進行天線垂直極化和水平極化測試,寬帶天線、同軸電纜、騷擾測量儀組成 50Ω匹配傳輸系統,天線的阻抗、同軸電纜的阻抗和干擾測量儀的輸入阻抗都應相等,阻抗不匹配將引起反射,形成駐波,影響讀數準確性。騷擾測量儀特性判斷,采用準峰值或者峰值測量。

 

1GHz 以上,即 1GHz—18GHz 所需設備場地大致如下在全電波暗室,模擬自由空間,接收天線設置在與 EUT 統一高度上,轉臺仍需 360 度轉動,測試距離為 3m,采用小口徑定向天線,水平和垂直兩種狀態都要測量,垂直放置時天線的最低端離地應大于 25cm,以免影響天線的性能,采用頻譜分析儀設在最大保持方式和對數 dB 顯示方式,測量結果用電場強度的峰值或平均值標示(不用準峰值),峰值測量時采用 1MHz 的分辨率帶寬和視頻帶寬,平均值測量時仍采用 1MHz 的分辨率帶寬但視頻帶寬應大大縮小至 10Hz,相當于加了一個低通濾波器。

 

輻射發射 - 測試步驟:

在距 EUT(受試設備)外墻 3m 處放置天線和接收機,將天線中心調至離地面 2m 高度;先關閉受試設備,測試環境噪聲電平;開啟受試設備,調整布線方式(包括天線的高度、天線的極化方向以及轉臺的角度),選擇最大輻射點;執行受試設備不同功能,尋找最大輻射模式;旋轉天線,分別測試水平和垂直方向輻射騷擾;以受試設備為中心移動天線,盡可能多的選取測試點進行測量;選取最高輻射電平作為測量結果;試驗可在開闊場和半電波暗室內進行;關閉設備。

 

EMC 傳導發射測試

傳導發射(Conducted Emission)測試,簡稱 CE,也被稱為傳導騷擾,是指系統內部的電壓或電流通過信號電纜、電源線或地線傳輸出去而成為其他系統或設備干擾源的一種電磁現象。傳導發射測試通常也會被稱為騷擾電壓測試,只要有電源線的產品都會涉及到,包括許多直流供電產品,另外,信號 / 控制線在不少標準中也有傳導發射的要求,通常用騷擾電壓或騷擾電流的限值(兩者有相互轉換關系)來表示。

 

傳導發射 - 測試配置、步驟:

EUT 應該放在距離地面 80~90cm 高的實驗臺上,實驗臺表面為鋪金屬接地板的導電平面或非導電平面,一般以 EUT 實際使用的環境、地點來選擇使用導電或非導電的實驗臺,比如便攜式設備可置于非導電實驗臺上,安裝在船艙內的設備需在金屬導電實驗臺上進行測試。被測電源線通過電源阻抗穩定網絡接到電網上,被測件的電纜可按所依據標準的要求擺放,選擇不同的長度敷設。

 

臺式設備的傳導發射試驗的標準試驗配置如下所示。


①超長的電纜要進行捆扎,折成 30~40cm 的線束;


②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻,進行終端匹配,不能懸空,這一點尤其重要;


③EUT 與 LISN 之間的間隔在地面上的投影距離為 80cm;


④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上;


⑤懸垂電纜末端距 GND 為 40cm 以上,以保證不會有過分的空間耦合。

 

立式設備的傳導發射試驗的標準試驗配置如下所示。


①超長的電纜要進行捆扎,折成 30~40cm 的線束;


②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻,進行終端匹配,不能懸空,這一點尤其重要;


③EUT 與 GND 之間要絕緣;


④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上(這一點影響非常大,因為電纜上的共模電流會發生大變化)。

 

 


傳導發射試驗的目的在于依據統一的標準(限值)對電子產品通過電源線、信號線、控制線或地線向外發射的傳導電磁騷擾水平進行評估和規范。

 

當電子設備的噪聲頻率小于 30MHz 時,主要干擾音頻頻段。電子設備的電纜對于這類低頻的電磁波來說,還不是一個波的波長(30MHz 的波長為 10m),它向空中輻射的效率很低。這樣,若能測得電纜上感應的噪聲電壓,就能衡量這一頻段的電磁噪聲干擾程度。這類噪聲就是傳導噪聲,像間斷噪聲、電熨斗、洗衣機、電飯煲的喀嚦聲等等。這里所測得的干擾噪聲只是針對頻率在 30MHz 以下的連續騷擾電壓進行測試。如下圖 1.1 所示為在輸入端口進行傳導騷擾測試的試驗配置,LISN 為線性阻抗穩定網絡,EUT 為受試設備,LOAD 為輸出端口的負載,下圖 1.2 所示為在輸出端口進行傳導騷擾測試的試驗配置。

 

圖 1.1  輸入端口進行傳導騷擾測試示意圖

 

圖 1.2  輸出端口進行傳導騷擾測試示意圖