頻譜分析儀是射頻微波領(lǐng)域的萬用表，在產(chǎn)品可靠性、數(shù)字電路和電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域它也有著重要的用途------無處不在的EMI測(cè)試。

   EMI通常指電子設(shè)備對(duì)外產(chǎn)生的電磁干擾，當(dāng)電子設(shè)備存在突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大，便會(huì)產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，從空間輻射或?qū)w傳導(dǎo)出去，影響到周邊其他的電子設(shè)備。它和EMS同為EMC的一部分，

EMC（Electro Magnetic Compatibility 電磁兼容性）=EMI（干擾度）+EMS（抗擾度）這里Compatibility常譯為“兼容性“，許多文章講EMI“一致性”測(cè)試，說的都是同一個(gè)詞。

一、EMI概述

一般來說電子類產(chǎn)品開發(fā)過程中EMI測(cè)試的實(shí)施常分為EMI診斷，EMI預(yù)兼容測(cè)試和EMI兼容測(cè)試這幾個(gè)階段，各階段的目的和方法都是不同的。

圖 1 EMI測(cè)試階段

   EMI的診斷測(cè)試和預(yù)兼容測(cè)試，很大程度上都是為認(rèn)證性的兼容測(cè)試存在的。首先，電磁兼容測(cè)試是產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)在要求，每一個(gè)電子設(shè)備或系統(tǒng)都要在預(yù)定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)也不能過于影響其他電子設(shè)備或系統(tǒng)，這需要有一套規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其次，幾乎所有的電子類產(chǎn)品都不得不通過電磁兼容測(cè)試認(rèn)證，這是國(guó)家和組織的技術(shù)壁壘，產(chǎn)品要想進(jìn)入這些市場(chǎng)必須有強(qiáng)制性認(rèn)證，這方面世界各個(gè)地區(qū)都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。

  電磁兼容認(rèn)證的步驟苛刻龐雜，正式的產(chǎn)品認(rèn)證需要大量測(cè)試設(shè)備和測(cè)試過程，費(fèi)金耗時(shí)。因此，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中都應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)和解決各個(gè)級(jí)別的電磁兼容的問題，提升產(chǎn)品的過程質(zhì)量，避免的產(chǎn)品認(rèn)證測(cè)試不通過，導(dǎo)致同樣費(fèi)金耗時(shí)的返工整改。（多說一句，電磁設(shè)備對(duì)人的影響屬于電磁兼容的范疇嗎？概念上講并不是，而且電磁對(duì)人的生理影響尚未有科學(xué)依據(jù)，所以還沒有劃歸到電磁兼容領(lǐng)域。）

從圖 1中可以看到，在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段，EMI測(cè)試的重點(diǎn)是不同的：

?EMI診斷和調(diào)試（Diagnosis）

   EMI診斷和調(diào)試在單元和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，主要是遵循一些電磁兼容的設(shè)計(jì)原則，對(duì)電源/時(shí)鐘/接口線纜/主要芯片等對(duì)象，通過合理的布局/接地/屏蔽/走線/濾波等技術(shù)完成略有重點(diǎn)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，不是為了測(cè)量EMI的精準(zhǔn)結(jié)果，而是為了找出EMI的根源，從而改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，既是為了后期產(chǎn)品集成后通過EMI兼容認(rèn)證，也是為了產(chǎn)品內(nèi)部相互穩(wěn)定的可靠性設(shè)計(jì)。

   EMI診斷在實(shí)驗(yàn)室使用普通的測(cè)試儀器即完成，例如帶有FFT分析功能的中高端示波器，普通的頻譜分析儀，近場(chǎng)探頭，手藝好的工程師還可以自己制作性能良好的近場(chǎng)探頭，對(duì)于很多較強(qiáng)的EMI輻射，例如某些回路過大的開關(guān)電源，甚至只需要一根裸露的導(dǎo)線即可探測(cè)到空間中的騷擾信號(hào)。這種定性分析主要針對(duì)的是硬件設(shè)計(jì)人員，目的是要快捷簡(jiǎn)便，成本低廉，重復(fù)性好。 

圖 2 使用頻譜分析儀和近場(chǎng)探頭進(jìn)行EMI診斷

?EMI預(yù)兼容測(cè)試（Pre Compliance）

   EMI預(yù)兼容測(cè)試在產(chǎn)品原型和試產(chǎn)階段，一般要在產(chǎn)品級(jí)或系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行預(yù)兼容（Pre Compliance）測(cè)試，預(yù)兼容并沒有一個(gè)明確的參考標(biāo)準(zhǔn)，就是盡量低成本地模擬兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)EMI狀況進(jìn)行較正式的摸底，避免在正式的兼容測(cè)試中失敗。

   預(yù)兼容測(cè)試會(huì)涉及到一些近似具有認(rèn)證級(jí)設(shè)備功能的測(cè)試設(shè)備，例如單獨(dú)的試驗(yàn)場(chǎng)所，具備EMI濾波器和準(zhǔn)峰值檢波功能的頻譜分析儀或入門級(jí)EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)或電流鉗，隔離變壓器，低端的電磁屏蔽箱，帶電流注入功能的電源（EMS測(cè)試）等，并要基本了解該產(chǎn)品需要達(dá)到的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，有比較明確的測(cè)試目標(biāo)，以便為產(chǎn)品留足認(rèn)證通過的空間，目標(biāo)就是用現(xiàn)有的設(shè)備盡量模擬真實(shí)認(rèn)證環(huán)境。

 圖 3 使用帶有準(zhǔn)峰值檢波的頻譜分析儀和LISN進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試

?EMI兼容測(cè)試（Compliance）

   EMI兼容測(cè)試主要針對(duì)產(chǎn)品級(jí)進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，這個(gè)階段必須需要到專業(yè)的，有認(rèn)證資質(zhì)的EMC機(jī)構(gòu)，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)的測(cè)試設(shè)備和環(huán)境，遵循EMI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的校準(zhǔn)過程，測(cè)試方法和執(zhí)行步驟，選擇特定產(chǎn)品的限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并依照標(biāo)準(zhǔn)格式給出報(bào)告，目標(biāo)就是拿到認(rèn)證資格證明。兼容認(rèn)證測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，過程昂貴，時(shí)間冗長(zhǎng)，必須盡量減少兼容測(cè)試的次數(shù)，以節(jié)省成本和加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

   EMI兼容測(cè)試，或者往大了說EMC兼容測(cè)試，是一個(gè)獨(dú)立的大行業(yè)。IEC規(guī)定的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)以及衍生出的產(chǎn)品類和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很難由各個(gè)公司的產(chǎn)品部門執(zhí)行，由此誕生了專門的電磁兼容認(rèn)證測(cè)試機(jī)構(gòu)，電磁兼容測(cè)試設(shè)備，以及由此衍生出的電磁兼容整改業(yè)務(wù)，都有一大批專業(yè)組織和人才。

 圖 4 EMC兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境

   如果把EMC測(cè)試比作英語考試，EMC診斷就像是平時(shí)的課堂測(cè)驗(yàn)，預(yù)兼容測(cè)試就像考前做模擬真題，正式的兼容測(cè)試就像是的四六級(jí)考試，而林林總總的整改機(jī)構(gòu)就是各種課外補(bǔ)習(xí)班 ---- 說句偷懶的話，過級(jí)考試嚴(yán)格繁瑣，原則卻是60分萬歲，畢竟一分質(zhì)量需要一分成本，而且對(duì)外只看那一紙證明；不過話說回來，想要60分，至少要按照80分去學(xué)習(xí)，在模擬題上做70分才敢上考場(chǎng)，僥幸是不行的，不然考試費(fèi)用就白瞎了。在成本和質(zhì)量之間，無論是個(gè)人還是公司，都要做到這方面的平衡。

二、EMC標(biāo)準(zhǔn)

   IEC作為電工電子類標(biāo)準(zhǔn)組織，其下屬的CISPR和TC77制定了大部分EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：IEC 6xxxx和CISPR xx。其他各國(guó)和組織都在IEC的基礎(chǔ)上引申或直接使用，如下圖中所示，中國(guó)的GB，歐盟的EN，美國(guó)的FCC和事實(shí)上的軍工標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD。

圖 5 EMC和國(guó)家地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

   CISPR和TC77規(guī)定了EMC的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品（類）標(biāo)準(zhǔn)三大類型。

   基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 16/17，IEC61000-4等，描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測(cè)試方法、設(shè)備，定義了等級(jí)和性能判據(jù)，不涉及具體產(chǎn)品；

   通用標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-6，按照設(shè)備使用環(huán)境來劃分，所有產(chǎn)品必須首先符合通用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時(shí)，直接使用通用標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行EMC測(cè)試；

  產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 11~15，CISPR20~25等，針對(duì)某種產(chǎn)品系列的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用通用標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定。例如CISPR 11規(guī)定了工業(yè)科學(xué)醫(yī)學(xué)設(shè)備的測(cè)量方法和限值，CISPR22規(guī)定了信息產(chǎn)品的測(cè)試方法和限值，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了現(xiàn)有絕大部分電子類產(chǎn)品。

   對(duì)于某一個(gè)特定產(chǎn)品，應(yīng)怎樣知道應(yīng)選取哪個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試？首先要明確產(chǎn)品的使用場(chǎng)景以及要選取的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，比如中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本？信息科技設(shè)備 (ITE)，工醫(yī)科 (ISM)？家用、商用、輕工業(yè)、重工業(yè)？室內(nèi)、室外？選取對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，確定測(cè)試項(xiàng)目的限值；如果沒有合適的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，則按相應(yīng)的通用標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)試項(xiàng)目限值；按基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，場(chǎng)地、測(cè)試方法、測(cè)試儀器必須滿足基礎(chǔ)測(cè)試框架的要求。看下基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR16（對(duì)應(yīng)GB6113/EN55016）的內(nèi)容，

   CISPR16分為四個(gè)部分：一部分為測(cè)量設(shè)備的規(guī)范，包括EMI接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)，吸收鉗，天線場(chǎng)，夾具校準(zhǔn)等測(cè)量設(shè)備的規(guī)范；第二部分為測(cè)量環(huán)境，測(cè)量方法，校準(zhǔn)場(chǎng)地和測(cè)量程序等；第三部分為術(shù)語和報(bào)告等；第四部分為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法等。

   對(duì)于頻譜分析儀來說，其用于EMC預(yù)兼容測(cè)試時(shí)的功能和性能應(yīng)遵循CISPR 16-1-1測(cè)試設(shè)備中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，由于測(cè)量結(jié)果讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了準(zhǔn)峰值，峰值，平均值等幾種檢波方式；測(cè)量過程應(yīng)遵循CISPR16-2-x中的相關(guān)規(guī)定；而測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)告應(yīng)遵循CISPR16-3以及4中的相關(guān)規(guī)定。但是頻譜分析儀和標(biāo)準(zhǔn)的EMI接收機(jī)仍是不同的，因?yàn)轭l譜分析儀并不能滿足標(biāo)準(zhǔn)中的所有規(guī)定。

了解EMC標(biāo)準(zhǔn)的佳途徑是IEC網(wǎng)站 http://www.iec.ch/emc，條理清晰，描述嚴(yán)謹(jǐn)，推薦瀏覽。

三、EMI預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)

   作為質(zhì)量成本的一部分，EMI測(cè)試盡量在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段的介入是必要的。上文提到，IEC標(biāo)準(zhǔn)分為三大類型，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，考慮到測(cè)量方法的通用性，本節(jié)從基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)入手，介紹EMI兼容測(cè)試的系統(tǒng)。在CISPR16和IEC61000系列中，大致可以認(rèn)為測(cè)量項(xiàng)目分為下圖的類別。在實(shí)驗(yàn)室能進(jìn)行的EMI預(yù)兼容測(cè)試，包括傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾兩部分，也就是下圖中的笑臉。

圖 6 EMC基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

傳導(dǎo)發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)

   傳導(dǎo)發(fā)射騷擾是基本的一個(gè)電磁騷擾，主要沿著導(dǎo)體傳播。它主要是由于電源不合格引起的，指使用交流供電的設(shè)備在運(yùn)行過程中對(duì)處在相同電網(wǎng)下其他設(shè)備的干擾信號(hào)。所有的電子產(chǎn)品在用交流電源時(shí)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)發(fā)出騷擾信號(hào)，這類信號(hào)低頻居多，EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的騷擾頻率范圍通常是從 9 kHz 到 30 MHz。如果傳導(dǎo)騷擾的信號(hào)過大，就會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而干擾到同一片交流電網(wǎng)下其他設(shè)備的正常運(yùn)行。傳導(dǎo)干擾要對(duì)設(shè)備電源連接到電網(wǎng)的三條線，紅/黃色火線L（LIVE），黃綠/黑色地線E（Earth），藍(lán)色零線N（NEUTRAL），分別獨(dú)立的測(cè)試并出具三份報(bào)告。當(dāng)設(shè)備存在較長(zhǎng)的電信連線（例如網(wǎng)線，USB線）時(shí)，也要考慮從電信連線上對(duì)對(duì)端設(shè)備的干擾信號(hào)。在某些LISN不適用的場(chǎng)合，可以考慮使用電流鉗。 

圖 7 使用頻譜分析儀進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)

   傳導(dǎo)騷擾的EMI測(cè)試通常要帶電運(yùn)行，而且需要區(qū)分測(cè)試結(jié)果中的騷擾究竟來自于被測(cè)設(shè)備還是電網(wǎng)中原來就存在的騷擾，因此需要有特定的隔離設(shè)備組合：

   線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN（Line Impedance Stabilization Network）：由于電源傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，為了使測(cè)量具有性，必須在特定的阻抗條件下測(cè)量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，CISPR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LISN為50?/50μH。LISN也對(duì)來自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，使電網(wǎng)內(nèi)的干擾與被測(cè)設(shè)備相互隔離，但是將被測(cè)試設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾耦合出來，送到LISN的輸出測(cè)試端，提供標(biāo)準(zhǔn)的共模和差模阻抗，再送出給測(cè)試設(shè)備（一般是頻譜儀或EMI接收機(jī)）。LISN是傳導(dǎo)測(cè)試中的核心設(shè)備，本質(zhì)上講它是一個(gè)單向高通濾波器，只將特定頻段的干擾信號(hào)篩選出來進(jìn)行測(cè)試。

   隔離變壓器：由于LISN的設(shè)計(jì)原理限制，它的供電存在較大的漏電流，要求實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要良好接地，必須要加隔離變壓器與電網(wǎng)隔離開使用。

   瞬態(tài)限幅器：傳導(dǎo)騷擾可能存在很大的能量，為防止測(cè)試設(shè)備過載或燒毀，需在頻譜儀的測(cè)量端口前加限幅保護(hù)，并在結(jié)果中補(bǔ)償。

被測(cè)設(shè)備：測(cè)量對(duì)象一般是交流供電端的三條線，以及部分的電氣信號(hào)線。

測(cè)試設(shè)備：具有符合EMI傳導(dǎo)測(cè)試功能的EMI接收機(jī)或頻譜分析儀。

輻射發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)

   數(shù)字設(shè)備由于脈沖電流和開關(guān)電源的使用，具有豐富的諧波，一旦接地回路或接口處理不當(dāng)就會(huì)對(duì)外產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射騷擾，而芯片部分的低壓使系統(tǒng)的抗擾度降低。這些輻射騷擾的頻率沒有特定的范圍，從測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上看通常從 30 MHz 到 1 GHz /18 GHz。

   近場(chǎng)測(cè)試非常適合產(chǎn)品開發(fā)階段輻射騷擾的EMI診斷。在這個(gè)階段，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法或許能給出精準(zhǔn)的結(jié)果，但卻無法顯示問題的來源所在，近場(chǎng)探頭就是很合適的定位工具；然而必須認(rèn)識(shí)到，近場(chǎng)探頭的測(cè)試結(jié)果幾乎不能給出有關(guān)設(shè)備輻射水平的準(zhǔn)確信息，誤差和波動(dòng)可達(dá)到20dB以上。使用近場(chǎng)探頭測(cè)試的過程中，要保證測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的騷擾限值；在整改過程中，也要保證每次嘗試整改后的復(fù)測(cè)結(jié)果好于前面的各種測(cè)量。為了通過近場(chǎng)測(cè)試大致了解產(chǎn)品是否能通過兼容測(cè)試，需要在已經(jīng)確知結(jié)果的樣品上進(jìn)行多次嘗試。 

圖 8 使用頻譜分析儀進(jìn)行輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試的典型系統(tǒng)

   輻射騷擾不像傳導(dǎo)騷擾固定在傳輸線上，它是向四面八方發(fā)射的，所以需要盡可能地測(cè)試產(chǎn)品所有的位置，這個(gè)密度和時(shí)間并沒有在標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確給出，需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行特定測(cè)試。測(cè)試的間隔越細(xì)，每個(gè)位置和角度測(cè)試的時(shí)間越長(zhǎng)，就越能測(cè)試出真實(shí)輻射長(zhǎng)度，但是成本也越高了。

   輻射騷擾預(yù)兼容測(cè)試系統(tǒng)需要用到各種天線，各種規(guī)格的屏蔽暗室，可靈活旋轉(zhuǎn)的測(cè)試臺(tái)和可升降天線桿，能夠校準(zhǔn)天線頻響的頻譜分析儀或EMI接收機(jī)，這些輔助設(shè)備一般公司很難備齊，所以不在這里詳述。輻射問題仍推薦使用近場(chǎng)探頭完成低成本的EMI測(cè)試評(píng)估，準(zhǔn)確度雖然不高，但是能排除大部分問題了。

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