使用數字示波器完成EMI預測試

伴隨著現代電子技術的發展，各種電子設備的集成度越來越高。大量高速總線和RF功能的引入，使設備本身產生更多的電磁輻射問題。同時，由于用戶對采購產品的電磁兼容性要求越來越高，產品設計工程師必須努力降低設計產品的電磁干擾（EMI）。各個廠家也大量投入資金，對產品進行EMC兼容性的測試和認證。

對于通常的EMC設計和認證流程，一般可以分為三個階段，即產品設計預測試（Pre-test），產品預認證（Pre-compliance）和產品認證（compliance test）階段。產品認證涉及到嚴格的標準和測試儀器與場地要求，很多公司在這一階段是通過第三方的專業實驗室完成的，在公司內部只進行預測試和預認證。傳統的設計流程是產品設計完成后，交給產品測試部門進行預認證。如發現問題，將產品返回設計部門做相應的整改。但由于這種整改往往需要調整電路的設計，甚至涉及PCB的調整，通常過程復雜、時間冗長、代價高昂。設計人員希望在電路設計初期就能夠發現問題，及時修正，以避免日后的大量整改工作。但我們不得不面臨的一個問題是，電磁兼容設備一般價格不菲，為每個設計部門配備專業的電磁兼容測試設備投入很高。此外還有另一個新出現的問題，隨著突發通信和高速總線的應用，一些EMI問題不再是持續產生的現象，它的產生通常和突發通信間隔及速率有關。傳統的EMI接收機捕獲這些問題的能力有限。更重要的是，即時發現了在某一個頻點存在這種間歇性的EMI問題，也無法為設計人員提供足夠的信息來診斷產生的原因。

面臨這些問題時，工程師會想起zui常用的調試工具——示波器，如果示波器能夠提供EMI測試的功能，將極大地降低整體的設計成本。如果還能夠提供一些EMI產生原因的診斷信息，工程師的設計和整改流程將大幅加快。

但令人遺憾的是，目前市場中的絕大多數示波器無法勝任這樣的工作。雖然幾乎所有的示波器都具有FFT頻譜分析功能，但這樣的功能往往精度差、更新速率低、無法靈活設置，達不到EMI預測試的要求。

示波器的FFT功能不足主要有以下幾個原因：首先，動態范圍不足。示波器的A/D一般是8位的，但實際能夠有效使用的位數（ENOB）往往不足6位，這種情況下無法準確測量微小的射頻信號。再加上模擬前端的大量噪聲，使得示波器的動態范圍只有40～60dB左右。羅德與施瓦茨公司（R&S）的RTO示波器具有全帶寬＞7bit的ENOB，配合射頻儀器級別的模擬前端，噪聲只有100uv以下。這就保證了RTO示波器可以提供*類產品15～20dB的動態范圍。

其次，算法和功能實現問題。普通示波器沒有與頻譜分析儀類似的下變頻電路，無法設置中心頻率和分析范圍，RBW也無從調整，所能看到的頻譜基本是示意性的。如果增加參與FFT計算的樣點，將極大降低頻譜更新的速度。R&S RTO示波器的FFT功能是硬件實現的。通過的數字下變頻器，用戶可以像其他頻譜儀一樣設定中心頻率、分析范圍和RBW。由硬件實現的FFT運算快捷準確，不受其他功能和設置的影響，即使打開多種測量分析功能，頻譜更新速度依然不變。從實時頻譜分析儀中移植過來的多重重疊FFT算法，可以觀測到同類設備無法看到的邊帶信息，極大減少了波形漏失。RTO示波器的頻譜分析功能的另一個重要特點是分析的速度及實時性?？焖俚念l譜更新保證了對偶發的EMI問題的捕獲和顯示。電路出現的任何電磁輻射問題都不會逃過RTO示波器的FFT功能。配合*的頻率模板觸發功能和MSO功能，用戶可以設定一個EMI觸發條件，即在某個或某段頻率內，只要出現EMI信號，示波器就能觸發并捕獲。此時不但可以看到EMI信號本身，配合連接到電路中的其他模擬和數字通道的時域信號，我們還可以分析出是何種原因導致了這個EMI事件的發生。例如高速USB接口的數據傳輸、2.4GHz射頻模塊的喚醒工作狀態等。

完成和EMI接收機類似的工作是使用示波器進行EMI預測試的一個重要目的。RTO示波器可以提供和EMI接收機類似的測試界面。通過MASK測試功能，我們可以設定一個符合EN標準的模板，觀測整個系統的EMI發射狀態是否滿足標準的要求。如參照歐盟針對信息技術設備的標準EN55015Q對被測產品進行從9kHz～30MHz的電磁輻射測試。

觀測EMI的必要工具是EMI探頭和預放大器。R&S公司擁有全套的電場磁場探頭，方便用戶探測各種芯片、電路和接口的EMI問題。外置預放大器帶寬可達3GHz，幫助用戶捕獲微小的EMI信號。

示波器是電子工程師zui常用的工具，如果使用它們做EMI預測試的工作，那么示波器必須滿足高動態范圍、低雜散、高波形捕獲率和高速FFT計算能力等要求。通過使用模板測試功能，工程師還可以進行相關標準的驗證以及偶發EMI的診斷。R&S公司的RTO示波器集公司多年的射頻、通信和數字設計的經驗于一身，特別是EMC測試的經驗，采用ASIC電路，具有強大的EMI測試和診斷能力，是電子工程師的得力工具。