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來源：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電磁干擾 (EMI) 的測量。第 2 部分討論了輻射電磁干擾的測量。 電子設備幾乎涉及生活的方方面面，而這些設備的激增引發出這樣一個問題：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) 是我們用來確定電子設備和系統協同工作情況的指標。 電磁干擾測量可以量化一個設備對其他設備或系統的干擾能力。與此相反的是電磁兼容性測量，它可以量化外部系統如何影響被測電子設備的運行情況。 為了盡量減少干擾并確保所有電子設備和系統的兼容性，目前制定了大量的國家標準和國際標準。制定這些標準的組織包括國際無線電干擾特別委員會 (CISPR)、國際電工委員會 (IEC)、國際標準化組織 (ISO)、美國汽車工程師學會 (SAE)、美國聯邦通信委員會 (FCC) 以及其他一些組織。 對所有制造商來說，電子產品的驗收測試是必經之路。設計人員在開始進行任何設計之前，都應該了解測試的類型和規格限值。同樣，開發工程師和技術人員應該能夠進行預符合性測試，以盡量減少產品驗收和推出時的意外延誤。 從電磁干擾的角度來看，電源設計給設計工程師帶來了許多挑戰。干擾可以從電源通過空氣輻射傳播（輻射干擾），也可以通過設備的接線傳導（傳導干擾）。測試標準對這兩種類型的干擾都設有度量指標。下面我們將介紹傳導電磁干擾。 傳導電磁干擾測試 電源產生的傳導干擾來自開關模式電源設備內的不連續電流。傳導干擾分為兩個分量：共模信號與差模信號（圖 1）。請注意，共模信號在電源和被測設備（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。差模信號以相反的方向傳輸。 
圖 1：根據 DUT 和電源之間的信號流動方向，傳導電磁干擾由共模和差模分量組成。（圖片來源：Art Pini） 測試傳導發射需要使用線路阻抗穩定網絡 (LISN)，安裝在電源和 DUT 之間（圖 2）。
圖 2：一個安裝在電源（線路 L 和中性線 N）與被測試電源之間的 LISN 示例。（圖片來源：Texas Instruments） LISN 基本上是一個與電源串聯的低通濾波器。其目的是確保在測試頻率范圍內有一個穩定、已知的源阻抗。它還可以實現電源與 DUT 以及測量設備與輸入電源之間的隔離。請注意，在安全振幅電平下，LISN 還為測量儀器（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雙 LISN。評估板的一部分在高達 800 MHz 的頻率范圍內為測量端口提供 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 頻率范圍內的微弱電磁干擾信號。每個部分可以單獨使用，也可以組合使用（圖 3）。
圖 3：DC2130A 設置使用 -10 dB 和 +30 dB 的 LISN 實現共模隔離。電源/電池為 +30 dB 放大器供電。（圖片來源：Analog Devices） 要在現有設計上消減傳導電磁干擾，通常需要在電源和 DUT 的電源輸入之間增加一個電磁干擾濾波器。DC-DC 轉換器的最新設計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 評估板中就集成了一個這樣的有源濾波器（圖 4）。該評估板使用帶有有源電磁干擾濾波器的 LM25149-QI 同步降壓轉換器。這種轉換器還具有擴頻調制功能，對開關時鐘進行頻率調制，將所有電磁干擾分散在一系列頻率內，從而降低峰值幅度。
圖 4：LM25149-Q1EVM-2100 評估板使用了有源電磁干擾濾波器以及擴頻調制。后者能在一系列頻率內分散電磁干擾，以降低峰值幅度。（圖片來源：Texas Instruments） 對于該評估板，可以在 CISPR 25 Class 5 傳導發射測試中看到這些技術的有效性。該測試比較了無消減特性時與采用有源電磁干擾濾波器和擴頻開關時的傳導電磁干擾（圖 5）。測試使用的是以 dB 為單位的電磁干擾幅值相對頻率的頻譜圖。
圖 5：CISPR 25 Class 5 傳導發射圖，此圖比較了無消減電磁干擾操作 (a) 與啟用有源電磁干擾濾波器和擴頻操作 (b) 之間的電磁干擾水平。（圖片來源：Texas Instruments） 紅色水平線標記了 CISPR 25 Class 5 認證的傳導電磁干擾的峰值和平均測試水平。以黃色顯示的測量峰值頻譜（未消減）約等于 2.1 MHz 開關頻率下的峰值測試限值，超過了平均測試限值。而通過電磁干擾濾波和擴頻切換，兩個峰值都遠低于測試限值。 結語 電子設備無處不在，使得電磁干擾和電磁兼容性的測試和消減變得日益重要，但這是一門復雜的藝術。不過，有一些基本原則可以使用。如上所述，傳導電磁干擾的測試需要電源、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試。 |
