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來(lái)源：Digi-Key 作者：Art Pini 本博客系列文章本文是第 1 部分主要討論了傳導(dǎo)電磁干擾 (EMI) 的測(cè)量。第 2 部分討論了輻射電磁干擾的測(cè)量。 電子設(shè)備幾乎涉及生活的方方面面，而這些設(shè)備的激增引發(fā)出這樣一個(gè)問(wèn)題：它們之間相互干擾的程度有多大？電磁兼容性 (EMC) 和電磁干擾 (EMI) 是我們用來(lái)確定電子設(shè)備和系統(tǒng)協(xié)同工作情況的指標(biāo)。 電磁干擾測(cè)量可以量化一個(gè)設(shè)備對(duì)其他設(shè)備或系統(tǒng)的干擾能力。與此相反的是電磁兼容性測(cè)量，它可以量化外部系統(tǒng)如何影響被測(cè)電子設(shè)備的運(yùn)行情況。 為了盡量減少干擾并確保所有電子設(shè)備和系統(tǒng)的兼容性，目前制定了大量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。制定這些標(biāo)準(zhǔn)的組織包括國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR)、國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)、美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì) (SAE)、美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC) 以及其他一些組織。 對(duì)所有制造商來(lái)說(shuō)，電子產(chǎn)品的驗(yàn)收測(cè)試是必經(jīng)之路。設(shè)計(jì)人員在開(kāi)始進(jìn)行任何設(shè)計(jì)之前，都應(yīng)該了解測(cè)試的類(lèi)型和規(guī)格限值。同樣，開(kāi)發(fā)工程師和技術(shù)人員應(yīng)該能夠進(jìn)行預(yù)符合性測(cè)試，以盡量減少產(chǎn)品驗(yàn)收和推出時(shí)的意外延誤。 從電磁干擾的角度來(lái)看，電源設(shè)計(jì)給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)。干擾可以從電源通過(guò)空氣輻射傳播（輻射干擾），也可以通過(guò)設(shè)備的接線傳導(dǎo)（傳導(dǎo)干擾）。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這兩種類(lèi)型的干擾都設(shè)有度量指標(biāo)。下面我們將介紹傳導(dǎo)電磁干擾。 傳導(dǎo)電磁干擾測(cè)試 電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾來(lái)自開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)備內(nèi)的不連續(xù)電流。傳導(dǎo)干擾分為兩個(gè)分量：共模信號(hào)與差模信號(hào)（圖 1）。請(qǐng)注意，共模信號(hào)在電源和被測(cè)設(shè)備（DUT，本例中為電源）之間的線路中以相同的方向傳輸。接地線提供了必要的返回路徑。差模信號(hào)以相反的方向傳輸。 
圖 1：根據(jù) DUT 和電源之間的信號(hào)流動(dòng)方向，傳導(dǎo)電磁干擾由共模和差模分量組成。（圖片來(lái)源：Art Pini） 測(cè)試傳導(dǎo)發(fā)射需要使用線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) (LISN)，安裝在電源和 DUT 之間（圖 2）。
圖 2：一個(gè)安裝在電源（線路 L 和中性線 N）與被測(cè)試電源之間的 LISN 示例。（圖片來(lái)源：Texas Instruments） LISN 基本上是一個(gè)與電源串聯(lián)的低通濾波器。其目的是確保在測(cè)試頻率范圍內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)定、已知的源阻抗。它還可以實(shí)現(xiàn)電源與 DUT 以及測(cè)量設(shè)備與輸入電源之間的隔離。請(qǐng)注意，在安全振幅電平下，LISN 還為測(cè)量?jī)x器（通常是頻譜分析儀或電磁干擾接收器）提供了連接。 Analog Devices 的 DC2130A 頻譜分析儀電源管理板是一個(gè)雙 LISN。評(píng)估板的一部分在高達(dá) 800 MHz 的頻率范圍內(nèi)為測(cè)量端口提供 10 dB 的衰減。另一部分提供 30 dB 的增益，用于放大 10 MHz 至 2.5 GHz 頻率范圍內(nèi)的微弱電磁干擾信號(hào)。每個(gè)部分可以單獨(dú)使用，也可以組合使用（圖 3）。
圖 3：DC2130A 設(shè)置使用 -10 dB 和 +30 dB 的 LISN 實(shí)現(xiàn)共模隔離。電源/電池為 +30 dB 放大器供電。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 要在現(xiàn)有設(shè)計(jì)上消減傳導(dǎo)電磁干擾，通常需要在電源和 DUT 的電源輸入之間增加一個(gè)電磁干擾濾波器。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的最新設(shè)計(jì)包括板載有源電磁干擾濾波器，與分立元件濾波器相比，其能在更小的物理面積上更好地降低電磁干擾。 例如，Texas Instruments 的 LM25149-Q1EVM-2100 評(píng)估板中就集成了一個(gè)這樣的有源濾波器（圖 4）。該評(píng)估板使用帶有有源電磁干擾濾波器的 LM25149-QI 同步降壓轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器還具有擴(kuò)頻調(diào)制功能，對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)鐘進(jìn)行頻率調(diào)制，將所有電磁干擾分散在一系列頻率內(nèi)，從而降低峰值幅度。
圖 4：LM25149-Q1EVM-2100 評(píng)估板使用了有源電磁干擾濾波器以及擴(kuò)頻調(diào)制。后者能在一系列頻率內(nèi)分散電磁干擾，以降低峰值幅度。（圖片來(lái)源：Texas Instruments） 對(duì)于該評(píng)估板，可以在 CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試中看到這些技術(shù)的有效性。該測(cè)試比較了無(wú)消減特性時(shí)與采用有源電磁干擾濾波器和擴(kuò)頻開(kāi)關(guān)時(shí)的傳導(dǎo)電磁干擾（圖 5）。測(cè)試使用的是以 dB 為單位的電磁干擾幅值相對(duì)頻率的頻譜圖。
圖 5：CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo)發(fā)射圖，此圖比較了無(wú)消減電磁干擾操作 (a) 與啟用有源電磁干擾濾波器和擴(kuò)頻操作 (b) 之間的電磁干擾水平。（圖片來(lái)源：Texas Instruments） 紅色水平線標(biāo)記了 CISPR 25 Class 5 認(rèn)證的傳導(dǎo)電磁干擾的峰值和平均測(cè)試水平。以黃色顯示的測(cè)量峰值頻譜（未消減）約等于 2.1 MHz 開(kāi)關(guān)頻率下的峰值測(cè)試限值，超過(guò)了平均測(cè)試限值。而通過(guò)電磁干擾濾波和擴(kuò)頻切換，兩個(gè)峰值都遠(yuǎn)低于測(cè)試限值。 結(jié)語(yǔ) 電子設(shè)備無(wú)處不在，使得電磁干擾和電磁兼容性的測(cè)試和消減變得日益重要，但這是一門(mén)復(fù)雜的藝術(shù)。不過(guò)，有一些基本原則可以使用。如上所述，傳導(dǎo)電磁干擾的測(cè)試需要電源、LISN 和頻譜分析儀或電磁干擾接收器。本系列文章的第 2 部分將討論輻射電磁干擾測(cè)試。 |
