通过识别辐射源，您可以处理有问题的源，从而实现您所需的EMC

今天的电子设备通常非常复杂，您可能需要处理EMI问题。

由于嵌入式电子元件的激增，现在更多的商业产品属于必须严格要求的设备类别环境标准。此外，越来越多的市场要求产品符合EMC标准。因此，工程师发现自己在时域中只有一只脚，在频域中只有一只脚。

在设计过程中，你有设计目标和设计要求。虽然错过设计目标并不好，但错过设计要求却更糟糕。不符合监管要求（例如EMC）是不可取的。但是，EMC要求通常与其他设计要求不一致，因此您必须进行一些设计权衡。

在频域中使用远场，近场和共模故障排除技术，您可以确定辐射源的来源。远场技术非常类似于正式EMC认证测试期间在远距离（米）处采用的技术。近场和共模技术是您在更接近（厘米）处执行的故障排除技术。您可以将这两种技术都视为近场技术。然而，每种技术都有一个明确的目标。

在天线理论中，术语“近场”和“远场”对相当复杂的数学表示具有重要意义，但本文提供了简化的解释。随着您获得EMC经验，您将开发个人故障排除方式。但是，以下方法可以有效地将看似压倒性的EMI问题减少到可管理的一系列问题。

从远场分析开始

通常，您在任何故障排除过程中的第一步是限制问题，让您深入了解问题的严重性和性质。由于使用近场或共模测量技术很难预测产品的远场EMI行为，因此限制EMI问题的最有效方法是进行远场分析。

远场分析是对被测设备（EUT）的EMI行为的宏观观察（图1）。您可以收集一系列频率和EUT特定距离的实际辐射发射测量值，并将这些测量值与预定限值进行比较。如果您使用的测量方法与适用的测量标准定义的方法相同，并且您在无环境能量的环境中进行测量，则可获得最大的益处。虽然正确执行远场分析所需的设施和设备成本很高，但即使是粗糙的设施，老练的用户也可以使用这些远场技术。

在本次讨论中，“远场”是指适用的测量标准所定义的接收天线和EUT之间的距离。例如，欧洲标准EN55022：1995，信息技术设备的无线电干扰特性的限制和方法，指出当您进行测量时接收天线距离EUT 10米。特殊规定允许您在3米处对B类产品进行测量。该标准适用于30 MHz至1 GHz频率范围;您可以在开放区域测试站点或吸收器衬里的屏蔽室中收集数据。

您可以通过将EUT放置在带有接收天线的电动转盘上来自动收集远场数据安装在电动桅杆上。测试控制软件改变转台方位角，天线高度和天线极性，测试系统扫描频谱并记录整个频谱的发射电平。此过程类似于EUT在正式认证期间可能经历的实际测试。

您必须对复杂系统执行多次远场扫描，因为EUT排放中通常存在可变性。大多数经过此类测试的设备至少有一根系统电缆（交流电源），通常更多。在远场扫描运行之间操作系统电缆是个好主意，因为电缆位置会影响EUT发射。此外，通过在操作电缆时实时查看选定的频率或频率范围，您可以获得即时反馈，从而更快地隔离问题。

设计良好的系统的标志是可重复的行为，其中在远场测量中，在给定频率下，最大辐射发射仅变化约2至3dB。该结果假定辐射发射水平低于要求的限值，并且您已在所有操作模式中观察到EUT，这可能导致辐射发射的显着变化。有时很难确定是否出现这种情况。

在给定频率的远场测量中，边缘设计可能会产生大约10到20 dB的辐射发射极端变化。具有大变化的系统不如具有小变化的系统稳定，并且在鉴定过程中需要更多的工程时间。这种极端变化可能是不可接受的，这取决于相对于极限的最大排放水平。

若干因素可能导致辐射发射的极端变化，包括几乎相同频率的多个发射源，EUT工作模式的变化或电缆位置的变化。如果多个源以几乎相同的频率存在，则一个或多个源可能在时间上重叠并因此产生相加的发射。您可能需要处理每个源以将排放降低到所需的水平。

此外，系统运行模式的改变可能会导致辐射发射的显着变化。例如，突然爆发的磁盘活动甚至微处理器缓存活动都会导致相应的排放突然变化。要识别和处理这些类型的排放，您可能需要详细了解设计。最后，由于电缆位置引起的辐射发射的大的变化表明系统存在固有的错误。设计合理的系统不会出现这种情况。

由于电缆位置变化导致辐射发射的这种大的变化的原因是接地方案不良，I/O端口滤波不良，屏蔽电缆不良，或耦合到外部电缆上的光圈发射。解决这些排放所需的步骤可能从严重到简单，可能需要您进行重大的重新设计。但是，情况并非总是如此，有时简单的步骤可以解决问题。例如，尝试用屏蔽良好的电缆替换屏蔽不良的电缆，或者策略性地放置EMI垫片，这样可以通过减小孔径（外壳中的开口或狭缝）来消除发射。在远场测试中，特别难以发现小孔径的发射，因为这些发射往往是非常有方向性的。只有5厘米的光圈可能无法在大于约900 MHz的频率下为您的系统提供足够的衰减，因此您需要严格的转盘和天线定位才能在远场定位这种类型的发射。

移动到附近 - 场分析

近场分析只需要你有一个频谱分析仪和一个近场探头（一个小磁环天线）（图2）。在观察频谱分析仪的同时，将近场探头靠近EUT（大约厘米）。最好在没有环境射频能量的条件下进行近场分析。但是，通过使用从全面的远场分析中获得的知识，您可以将近场分析的范围缩小到有问题的频率。

在环境存在的情况下工作更实际频率较低时要担心的频率，这种简化测试的机会可以释放主要资源。理想情况下，当您在适当的设施中将它们应用于无环境能量时，您的远场和近场技术相互补充。

近场分析的一个良好起点是列出在远场分析期间测量的精确频率。但是，当您将信息与基本原理相结合时，其他相关信息（例如转盘方位角，天线杆高度以及测量最大发射量的天线极性）也为您提供了宝贵的见解。该原理表明，在远场中，接收天线的极化与辐射孔的定向平面正交。

因此，外壳中的垂直孔产生水平偏振发射，并且外壳中的水平孔产生垂直偏振发射。通过在近场探测时应用这些知识，定位和消除孔径辐射（这是近场分析的主要目标）变得更加容易。

槽位排放可以足够强大到达在远场观察它们。但请记住，如果外部系统电缆靠近光圈，您甚至可以观察到远场中的弱光槽发射。此外，内部系统电缆的布线可以改变来自外壳孔径的发射强度甚至频率。

您可能希望在外部系统电缆分离的情况下执行近场探测，因为连接的电缆对EUT来说，很难区分电缆发射和插槽排放。但请记住，在进行近场探测时，可能需要在拆卸系统电缆时进行权衡，因为这种分离的系统电缆可能会妨碍EUT的正常运行。例如，如果EUT的操作系统位于EUT外部的硬盘驱动器上，则需要使用外部电缆来运行操作系统。

机箱孔径可以作为设计的一部分，例如气流，或者它们可以通过更微妙的方式进入系统，例如垫圈疲劳，涂漆表面或非导电金属涂层。在任何情况下，您必须消除光圈，即使只是暂时的。要完成这项任务，您可以使用铜带，铝箔和各种EMI垫圈，所有这些都是您的耗材库中的便利物品。

在此故障排除阶段，您可以甚至使用消除孔径的粗糙方法。一般来说，这个阶段不是担心您是否可以实施实用方法的时候。例如，如果您可以在源头处理发射，则可能会在以后结束，例如，您不需要消除光圈。

一旦处理了有问题的光圈，您的近场探测在处理区域附近应验证您已消除了孔径发射。您还可以使用远场频谱来验证这一事实。如果远场中仍存在发射，则可能需要处理多个发射路径（孔径或电缆）。如果您认为已消除所有违规孔径，则应在不连接电缆的情况下进行远场扫描，以确认您已消除了孔径发射。虽然这种类型的远场扫描可以为您提供见解，但它并不代表实际的操作模式。尽管如此，扫描应该表明外壳的整体完整性有所改善。

接下来，将电缆恢复到系统并在正常操作条件下运行另一个远场扫描。此步骤应表明您已取得进展并减少或减少排放。如果排放仍然存在，则可能是电缆排放，您需要进行共模分析。

过渡到共模分析

共模分析使用的测试设置类似于用于近场探测的测试设置。您只需使用共模电流钳替换近场探头，即可测量共模电缆辐射（图3）。

共模电缆辐射是电缆上杂散电流的直接结果。这些杂散电流是由于系统中某处的信号电流和返回电流的不平衡造成的。由于电流仅在闭合电路中流动，因此返回电流只是返回其电源的电流。

电缆上的某些电流是故意的，而其他电流则是无意的杂散电流。您应始终为有意信号电流提供低阻抗返回路径。

如果您正确平衡信号和返回电流，这些电流方向相反且方向相反，每个电流产生的电场会抵消相应的领域。然而，当系统内某处的返回路径不足时，返回电流遵循间接的杂散返回路径，并且不会发生场消除。结果是辐射发射。

由于电缆制造的天线很好，因此只需几微安的不平衡共模电流就会产生过多的辐射。要测量这些发射，请在观察频谱分析仪上的显示时，将共模电流钳放在被测电缆周围。与近场分析一样，最好在没有环境射频能量的条件下进行共模分析。但是，通过使用从全面的远场分析中获得的知识，您可以将共模分析的范围缩小到仅有违规的频率，这使得在环境频率存在下工作更加实用。理想情况下，当您在适当的无环境能源设施中同时应用远场和共模技术时，远场和共模技术可以相互补充。

共模分析的一个良好起点是从远场分析中列出精确的频率列表。其他相关信息，例如转盘方位角，天线杆高度，以及测量最大发射的天线极性，在将信息与基本原理相结合时，也提供了有价值的见解：在远场，极化接收天线与辐射电缆的定向平面在同一平面上。

因此，垂直电缆产生垂直极化发射，而水平电缆产生水平极化发射。在垂直和水平平面上都有段的电缆可以同时具有垂直和水平极化场。

您应该一次对一根电缆进行共模分析。如果可能，从系统上拆下测试电缆以外的所有电缆。使用连接到系统的多根电缆执行共模分析可能会导致被测电缆与剩余电缆之间的相互作用，从而导致分析无效。如果存在其他电缆，则应将剩余电缆远离被测电缆，以便与被测电缆的相互作用最小。最后，最好是外壳完好无损;如果不是，如果发生耦合，您可能会无意中使分析失效。

了解电缆可以帮助您进行故障排除。同轴电缆几乎是理想的，因为它们的信号电流和返回电流（以及因此产生的场）包含在电缆的屏蔽内。但是，由于在整个系统中使用同轴电缆通常是不可行的，因此必须为更实用的布线选择提供便利。通过这种电缆折衷，您可以获得更高的辐射发射。

如果电缆的返回路径中存在断裂，例如断路屏蔽或损坏的排扰线，电缆会发出辐射。最好使用具有通过排放测试历史的可靠电缆。但即使这些可靠的电缆最终也会疲劳并开始辐射。执行电缆检查的最佳方法是将共模电流钳放置在可疑电缆周围，然后观察电缆在分析仪上的辐射。在终端处弯曲电缆，这是最薄弱的部分。如果存在间歇连接，则共模电流钳测量的电场跳变至少5至10 dB。

您还可以使用毫欧量程表进行电缆检查，以测量电阻。每个连接器后壳之间的电缆屏蔽。再次，在终端处弯曲电缆，同时观察电阻的根本变化。这种技术可靠性较差，因为它采用直流而非射频测量技术，但在某些情况下更容易使用。

关闭根本原因

当你有消除了所有外壳孔并将可靠的电缆放在适当的位置，因为您为EMC设计了系统，因此您应该只有少量有问题的排放进行故障排除。您的下一步是识别和处理这些违规排放的原因。

在任何给定频率下，排放可以具有来自多个来源的谐波含量。例如，200MHz发射可以具有与25.00,33.33,40.00,66.66和100MHz的基频相关的谐波含量，并且微处理器的核心频率也可以是200MHz。这些来源中只有一个可能是你的主要罪犯;其他原因可能要小得多。

幸运的是，在有问题的频率下，与这些源相关的谐波很少处于相同的频率。几十千赫兹可能将谐波分开。您可以使用此精确信息来找到问题的根源，但创造性地使用频谱分析仪至关重要。分析仪允许您在违规频率下仔细区分各个贡献源。您可以应用远场，近场和共模故障排除技术的组合来正确执行此分析。

从远场测试设置开始，将频谱分析仪设置为在违规频率下大约1 MHz并将其置于自耦合模式。在这个范围内，您无法区分各个信号贡献者。开始逐步降低跨度，直到各个贡献频率变得明显。在逐步降低范围的同时，继续保持最高的贡献者或贡献者集中在频谱分析仪显示屏上。请注意，在自耦合模式下，频谱分析仪的扫描时间，分辨率带宽和视频带宽会自动更改为适合所选量程的设置。

一旦频谱分析仪的跨度足够窄，各个贡献频率变得截然不同。您现在可以非常精确地确定主要犯罪者或贡献者的频率。记录此频率并转到共模测试设置以进行相关。使用与共模测试设置相同的分析仪技术，以确定哪个电缆（或多个电缆）是所讨论的确切频率的发射路径。在这里，您正在查看精确的违规频率下的相对排放水平。这种方法可以引导您进入有问题的端口。

获得对机箱的访问权限后，在电路级使用相同的分析仪技术，但使用近场探头。再次，在精确的违规频率下查看相对排放水平。将近场探头靠近EUT的电路元件。

电路级的近场探测可以指向电路板布局问题，例如地平面故障或嘈杂由于串扰导致的痕迹。这种探测还可以突出显示具有不充分的去耦或过度封装辐射的元件，或者引起子系统之间耦合的元件放置问题。然后，您可以使用谨慎的因果故障排除技术来确定性地找到问题的根源。例如，通过移除I/O端口上的滤波器组件，您可能会看到远场，近场以及共模设置中所讨论的精确频率的发射减少。

确定违规来源后，您可以确定在设计过程中违反了哪些设计规则并更正设计，从而对待来源。经过深思熟虑的设计包括一定程度的灵活性，以便您可以进行此类更正。例如，如果电路拓扑已经到位，您可以调整时钟终端或I/O端口滤波器。

重复完成

解决排放问题不是一个简单的过程，您可能需要重复该过程或部分过程 - 直到您处理所有违规来源。另一项远场测试和分析将最终验证您的结果。如果远场分析产生有利结果，您可以系统地开始删除在故障排除期间可能已实施的任何临时修订。一旦控制了排放源，部分或全部这些变化可能就没有必要了。如果您在故障排除过程的早期实施了临时修复，您现在认为是必要的，那么您必须设计一种合理，可重复的方法。