车辆电磁兼容预测试设备

电磁兼容认证测试费用昂贵，且很难在认证测试中心进行各类调试。由于认证测试是在产品生产后期进行的，只能通过屏蔽、滤波或重新设计电路板来解决问题，手段少，成本高，效率低。电磁干扰预测试能使设计人员在产品研制的过程中及时发现问题并采取有针对性的措施，降低纠错成本并提高认证测试的一次性通过率。

图6-44 近场探头

下面介绍几种测试设备及其测试系统。

1.近场探头

近场探头是电磁兼容工程师必备的基本工具，用于在产品开发期间探测PCB的电磁场情况。近场探头包括电场探头和磁场探头，通常一个探头组包括多达十几种形状及分辨率的探头，分别用来检测不同方向和范围的近场电磁场。图6-44所示为德国LANGER EMV-Technik公司专门为近场测试设计的探头。该近场探头有19种形状，多分辨率，频率范围为100kHz～3GHz。

近场探头的主要用途为查找骚扰源，判定干扰产生的原因。近场探头还可以检测元器件及其表面的磁场方向及强度，可以检测磁场耦合的通道，从而调整插接器或者是显示器位置，还可以检测PCB附近的磁场环境情况。为了降低干扰，寻找到真正的骚扰源或者是其传播的途径是非常必要的。通过近场测量可以很方便地实现定位的功能，甚至可以精确到IC引脚以及具体的布线。图6-45所示为利用近场探头进行电磁场测量的一般步骤，第一步为检测PCB附件的电磁场情况，第二步为精确定位PCB上产生电磁场的源头。

图6-45 近场探头电磁场测量步骤

利用近场探头定位电路板骚扰源，如图6-46所示。

图6-46 利用近场探头定位电路板骚扰源

2.EMSCAN电磁干扰扫描系统

由于近场电磁辐射是被测物上的高频电流回路形成的。加拿大EMSCAN公司根据这个原理以及工程师们的需求，推出了采用电子扫描技术的电磁场近场扫描系统EMSCAN。EM-SCAN系统主要由NEXUS控制器、扫描器、频谱分析仪和计算机组成，如图6-47所示。NEXUS控制器采用了实时QNX操作系统，通过以太网接口连接到终端计算机。扫描器由42×42（1218）个小型磁场探头组成，每个探头都有一个地址。在计算机执行EMSCAN软件时，计算机通过NEXUS控制器选择扫描器上的探头，并把该探头的RF输出信号引到一台频谱分析仪。频谱分析仪按照EMSCAN软件的要求产生VIDEO输出信号到NEXUS控制器。NEXUS控制器以极高的速度采样VIDEO信号，记录数字化的信号并存储。计算机通过以太网接口获取NEXUS的采样数据，供显示、分析、存档使用。

EMSCAN扫描系统采用了磁场的阵列探头来探测被测物上的电流。在测量期间，被测物直接放在扫描器的上面，这些探头可以检测由于高频电流发生变化而引起的电磁场的变化。系统提供了电流在PCB上空间分布的视觉图像。通过该系统提供的电流密度图，工程师就可以在设计中考虑EMI问题，确保设备的稳定运行和一次性通过EMC测试。

EMSCAN系统可以进行三种类型的扫描：频谱扫描、空间扫描和频谱/空间扫描。通过频谱扫描，测量和画出选定频率范围内各频率的幅度峰值，从中可以看出电路板上有问题的频率，然后便可以用空间扫描来确定具体位置和该频率的幅度。空间扫描可以为我们提供电路板上有关EMI位置和强度的图形，这是通过所有探头在有问题的频率点对扫描区域测量电磁辐射的强度来完成的。如图6-48所示，不同的幅度以不同的颜色表示，形成一张地形图，并可以采用三维图形显示。通过频谱/空间扫描可以看到所有位置上的整个频率段的辐射情况，测量结果包含了完整的EMI特性。测量一次后，便可以在计算机上进行详细的分析。

图6-47 EMSCAN系统组成

EMSCAN还具有电磁预兼容测试功能，配备人工电源网络LISN或者电流探头后，能进行电磁干扰传导发射测试。配备功率吸收钳后，能进行骚扰功率的测试。配备电磁干扰测试天线后，还能进行电磁干扰辐射发射的测试。图6-49所示为电磁兼容辐射发射预测试系统配置。(www.xing528.com)

EMSCAN还可以评估PCB设计质量，利用PCB产生的完整的电磁场信息，就能对PCB设计质量进行科学的评价。可以从如下4个方面来评估PCB的设计质量：谐波数量、瞬态干扰、辐射强度和分布区域。

在下面所述的例子中，B板是A板的改进，两块板的频谱/空间扫描的结果如图6-50所示。从图的频谱图可以看出，B板的质量明显比A板好，因为：

1）B板的频率点数量明显比A板少。

2）B板的大部分频率点的幅度比A板的小。

3）B板的瞬态干扰（没有被标记的频率点）比A板的少。

图6-48 空间扫描结果地形图

图6-49 电磁兼容辐射发射预测试系统配置

从空间图可以看出：B板的总的电磁干扰分布区域比A板的小得多。

再来看看某一个频率点的电磁干扰分布情况：从图6-51所示的462MHz这一个频率点的电磁干扰分布情况来看，B板的幅度小，而且区域很小；A板的幅度大，而且分布区域特别广。评估PCB设计质量，已经被广大EMSCAN用户用于质量保证体系中，可作为控制PCB设计质量的控制点来使用。

图6-50 A、B板频谱/空间扫描的结果

图6-51 单个频率点（462MHz）的空间分布比较

EMSCAN可以评估屏蔽和滤波手段的有效性。屏蔽和滤波，可以用于解决EMI辐射问题，也可以解决敏感性问题。但是如果处理不当，可能会适得其反。例如，PCB板加屏蔽后的电磁辐射反而比无屏蔽时更大，如图6-52所示。

图6-52 评估屏蔽效果