淺談設備電磁兼容性檢測方法

丁榮誠

摘? 要：設備的穩定性對設備非常的重要，一臺設備上有很多器件，它們通過通訊連接在一起，由于每個器件都有自身的 EMC 特性，尤其是對于強干擾源，相互之間難免不產生干擾。這時，如何檢測它們之間的干擾，如何排查問題規范布局，顯得至關重要。本文主要介紹一種方法如何檢測設備上的電磁干擾。

關鍵詞：電磁兼容;檢測;信號

頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真等信號參數，的測量，可用于測量放大器和濾波器等電路系統的某些參數采用頻譜儀和信號放大器可以檢測空間電磁干擾強度。通過頻譜儀可以將空間信號輻射強度按照頻域進行直觀顯示。這樣就可以檢測出器件的電磁輻射。對于器件的受干擾情況，則可以通過對器件通訊的信號波形進行分析，也就是用示波器測量信號質量。

1.方案組成

設備電磁兼容檢測方案主要包含頻譜儀（UTS2000A，頻率范圍：9kHz ～ 3GHz），信號放大器（EM5030（LF）），近場探頭可檢查 10cm 范圍內的磁場，可以進行漏磁檢測，雙通道示波（UTD10500），帶寬 50Mhz，信號轉接板（自制），主要負責將設備上的不同插件形式轉換為方便示波器測量的端子形式。

測量器件的輻射強度如圖 1所示，該方案由被測器件（導線）、近場探頭、有源信號放大器、頻譜儀構成。通過移動探頭可以檢測被測器件本身包括線纜的輻射強度，進而了解該器件的 EMI 特性，通過設定信標可以確定在某一頻率上的最大輻射強度。通過頻譜儀的數據記錄功能可以測量不同位置的輻射曲線，并對比曲線的增益差，進而獲取導線輻射強度與距離的衰減關系。

測量通訊的信號質量圖2所示，該方案由被測器件信號RS485 RS232 CAN 等）、示波器、信號轉接板構成（將被測點轉換為方便示波器測量的觸點）。信號經過轉接板到達示波器，后經過示波器的捕獲功能將其捕獲并顯示到示波器屏幕上。

2.測量過程

2.1排查主要干擾

將被測某型號驅動器通電，并將其調試到正常工作狀態，頻譜儀開機預熱后，調整頻譜儀的中心頻率到 1MHZ 位置，并調整基準電平直到信號在可視區域內，設置 RBW 分辨帶寬。進場探頭靠近被測器件附近，信號經過放大并由頻譜儀顯示到頻譜儀上，將探頭放在潛在干擾導線位置并進行測量，使用頻譜儀的多數據記錄功能，調整不同距離，并將該距離下的干擾強度曲線鎖定，這樣采集五組不同數據，并記錄頻率。可以清晰地看出，隨著距離的加大，干擾強度不斷衰減。也可以看出干擾信號主要集中在 40MHZ 以內。并且頻率越高的信號，距離增大后衰減越大。

經過數據整理得出結論，不同頻率下不同距離的干擾衰減曲線。由于大部分通訊頻率在 8MHZ 以下，所以我們以 8MHZ 為參考，在 8MHZ 頻率下距0cm 輻射功率為 316（10-8W），距離 4cm 以上，輻射強度降低至 0.79（10-8W），衰減 400 倍。所以建議該器件的干擾導線布線與弱電信號應最少隔離 4cm 以上。

2.2受干擾程度測量

以上是通過頻譜儀測試并分析干擾源特性，測量被干擾情況的判定需要示波器進行測量分析。將被測 USB 信號串聯進入信號轉接板，將干擾源靠近 USB 導線，調整示波器頻率到 10ms，將幅值調整到 1v，并將示波器的采樣調整為直流。將示波器的縱軸調整到可視區域，并將捕獲觸發位置調整到信號峰峰值的中間位置，按下捕獲按鈕，捕獲 USB 干擾信號。再將干擾源去掉，再次進行測量是 USB 通訊信號收到干擾圖對比。可以看到，在 USB 與電機動力線纏繞后受到的嚴重干擾。通過這種方法可以很直觀地看出信號質量。同樣的辦法可以測量機臺常用的 RS485 信號以及 CAN 信號等。有些信號不良并不是由于干擾引起的，最常見的就是信號反射，信號沿傳輸線向前傳播時，每時每刻都會感受到一個瞬態阻抗，這個阻抗可能是傳輸線本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對于信號來說，它不會區分是什么，信號所感受到的只有阻抗。如果信號感受到的阻抗是恒定的，那么它就會正常向前傳播，只要感受到的阻抗發生變化，信號都會發生反射。這些因素可能包括過長的走線、末端匹配的傳輸線、過量的電容或電感及阻抗失配。所以，在檢測時應該先排除是否為自身引起的干擾。

3.效果總結

經過以上測量得出干擾源不同位置的干擾強度，并經過示波器測量找出最佳的隔離距離，為改進前后的波形對比圖，可以明顯看出，干擾信號得到了消除。由于實際需求不是所有情況都可以通過隔離距離實現，這時，我們也可以通過磁環（濾波器）來實現，但是，需要結合頻譜儀對干擾源干擾頻率進行檢測，選出磁環的頻率與功率。這樣，就完成了機臺主要干擾源判定，以及 USB 信號的電磁兼容性篩查與改善，通過此類方法，同樣可以檢查機臺其他部件的電磁兼容性。

結語

本文提出了用頻譜儀、示波器等對設備進行電磁兼容性檢查的測試方案，該方案從干擾源頭進行量化分析，并通過示波器對被干擾器件進行量化分析，經過效果確認達到了預期目標，提升了設備內部器件間的電磁兼容性。

參考文獻：

[1] 熊端鋒，羅建 . 電磁兼容性電路建模方法 [M]. 清華大學出版社，2019.

[2] 韓雪濤 . 圖解示波器使用 [M]. 中國電力出版社，2018.

[3][ 美 ] 帕特里克·G. 安德烈（Patrick G.André ） 肯尼思 . 產品設計的電磁兼容故障排除技術 [M]. 機械工業出版社 ， 2018.