電磁兼容實(shí)驗(yàn)室都需要配置哪些儀器

CNAS認(rèn)可咨詢(xún) 2018-11-22

產(chǎn)品必須符合EMC(電磁兼容)要求，歐洲規(guī)定：銷(xiāo)售違反電磁兼容法令(89/336/EEC)的產(chǎn)品將面臨高額罰款，因此，商家越來(lái)越重視產(chǎn)品的電磁兼容性問(wèn)題，為了降低成本，要根據(jù)公司需求和規(guī)模的不同，組建一個(gè)EMC實(shí)驗(yàn)室，本文介紹建設(shè)公司內(nèi)部EMC測(cè)試設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和方法。

組建一個(gè)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的小需求取決于公司的需要和財(cái)務(wù)狀況。通常，公司將力求節(jié)省經(jīng)費(fèi)(在設(shè)備和人力資源兩方面)，并盡量降低風(fēng)險(xiǎn)。但有一點(diǎn)必須明白，世界上不會(huì)有“低成本、低風(fēng)險(xiǎn)和低EMC技術(shù)”這樣的好事。工程師必須掌握高度的技巧，才可能設(shè)計(jì)出具有相當(dāng)性能的低成本設(shè)備。精度越低的產(chǎn)品，其風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越高。

 

在組建一個(gè)公司內(nèi)部EMC實(shí)驗(yàn)室時(shí)，無(wú)論其規(guī)模大小如何，都必須遵從一些起碼的指導(dǎo)原則。首先，建成EMC實(shí)驗(yàn)室的房間或地方必須潔凈，沒(méi)有無(wú)關(guān)物品，完全專(zhuān)用于EMC測(cè)量。只要條件許可， 需要一個(gè)由金屬制成并可靠連接大地的地參考平面;如果條件不允許(如房間不在 層)，至少應(yīng)該接保護(hù)地系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的所有金屬物體必須可靠接地或予以。電源系統(tǒng)必須“凈化”(在電源進(jìn)入EMC實(shí)驗(yàn)室之前的某處正確接入線濾波器)。

 

EMC測(cè)試設(shè)備的配置

 

1)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試---需要一臺(tái)頻譜分析儀(或EMI接收器)、電纜和LISN(線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，手工制作或外購(gòu))，如果可能的話(huà)，還應(yīng)該有一個(gè)屏蔽房間(起碼有一個(gè)屏蔽帳篷)和一張距地面80cm的絕緣桌。

 

2)輻射發(fā)射測(cè)試---需要同樣的頻譜分析儀或EMI接收器、一副天線、電纜和OATS(開(kāi)放區(qū)域測(cè)試場(chǎng)地或(半)電波暗室);為測(cè)量干擾功率而制作或外購(gòu)的吸收鉗。

 

 

3)諧波測(cè)試(與閃爍測(cè)試)---如果要進(jìn)行完全兼容測(cè)試，則需要專(zhuān)用設(shè)備(專(zhuān)用諧波分析儀);但如果僅為評(píng)估的話(huà)，一臺(tái)便攜式諧波分析儀甚至一臺(tái)能進(jìn)行FFT評(píng)估的示波器就足夠了。

 

4)ESD(靜電釋放)抗擾度測(cè)試---只有ESD槍才能可靠評(píng)估該項(xiàng)測(cè)試的結(jié)果。

 

5)輻射電磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試---需要與輻射發(fā)射測(cè)試類(lèi)似的設(shè)備，此外還需要號(hào)發(fā)生器、放大器、衰減器、場(chǎng)強(qiáng)儀，可能還需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

 

 

6)傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試---需要的設(shè)備與1)和5)類(lèi)似，另外再加上CND(異種耦合解耦網(wǎng)絡(luò))，但不需要天線。

 

7)電快速瞬變(EFT/Burst)抗擾度測(cè)試。

 

8)浪涌抗擾度測(cè)試。

 

9)電源頻率磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試。

 

10)電壓驟降、短時(shí)中斷與電壓變化抗擾度測(cè)試。

 

從7)到10)的 四項(xiàng)測(cè)試需要專(zhuān)用設(shè)備，這些設(shè)備可從多個(gè)廠商買(mǎi)到。

 

值得注意的是，測(cè)量設(shè)備的制造商和經(jīng)銷(xiāo)商通常提供執(zhí)行不同測(cè)試的包裝和(或)全套裝置，以及有關(guān)如何按照 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行這些測(cè)試的指導(dǎo)甚至培訓(xùn)。請(qǐng)向近的當(dāng)?shù)劁N(xiāo)售代表查詢(xún)?cè)O(shè)備的性能和功用。大部分情況下，設(shè)備都有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需求預(yù)設(shè)的測(cè)試程序，請(qǐng)首先閱讀說(shuō)明手冊(cè)。

 

內(nèi)部預(yù)兼容測(cè)試

 

預(yù)兼容測(cè)試并無(wú)定義，但起碼我們有理由假定測(cè)試必須在盡可能接近標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下進(jìn)行。

 

1)傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試

 

多年來(lái)，電子產(chǎn)品制造商遇到的困難的問(wèn)題可能就是在傳導(dǎo)發(fā)射方面，因此本文首先就此進(jìn)行討論。

 

這個(gè)裝置是根據(jù)CISPR22(EN55022)組建的，而且使用的設(shè)備必須符合CISPR16-1的要求。該裝置主要包括：EUT(被測(cè)設(shè)備)，如果它是臺(tái)式的，必須安放在一個(gè)距地面80cm高的絕緣桌上;輔助設(shè)備(外設(shè))，按正常使用方式連接，未使用的輸入和輸出必須正確端接，多余的電纜必須截短，或繞成直徑30~40cm的一卷。

 

2）頻譜分析儀(或EMI接收器)

 

在0.15~30MHz的頻率范圍內(nèi)必須具有9kHz的分辨率帶寬(RBW)。測(cè)量過(guò)程在CISPR16-1和產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)描述，如果正確執(zhí)行，其結(jié)果與第三方實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試將

 

3)諧波和閃爍測(cè)試

 

諧波和閃爍測(cè)試沒(méi)有環(huán)境方面的要求。只需將EUT連接到諧波分析儀的電源入口，并根據(jù)廠商的說(shuō)明和標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行測(cè)試即可。同樣，測(cè)試設(shè)備將包含一些已有的設(shè)置，但工程師必須確保這些測(cè)試設(shè)置符合自己產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。如果評(píng)估時(shí)使用其他方法(如便攜式電源諧波分析儀)，請(qǐng)仔細(xì)閱讀標(biāo)準(zhǔn)要求，然后再評(píng)估測(cè)量結(jié)果。

 

4)ESD抗擾度測(cè)試

 

ESD抗擾度測(cè)試對(duì)于大型設(shè)備可能并不是很重要。但在今天這個(gè)各種產(chǎn)品普遍小型化的時(shí)代，ESD測(cè)試已成為大部分設(shè)備的“關(guān)鍵”EMC測(cè)試之一，例如對(duì)便攜式計(jì)算器、MP3和MD播放器、USB存儲(chǔ)棒、音頻設(shè)備等等。

 

EUT仍然安放在一張絕緣桌上，位于HCP(水平耦合平面，由一種金屬傳導(dǎo)材料制成)上，并通過(guò)一個(gè)絕緣抗靜電襯墊與其隔離。VCP(垂直耦合平面)和HCP分別連接到地參考平面，每個(gè)連接端各使用一只470kΩ的電阻。對(duì)于EUT的每個(gè)側(cè)面和VCP、HCP，以及EUT上每個(gè)用手能觸摸到的金屬表面，分別使用鋒利 進(jìn)行接觸放電(直接放電)，通常每個(gè)極性5次。對(duì)于機(jī)箱的所有塑料部分，則利用圓形 進(jìn)行空氣放電(間接放電)。

 

5)輻射電磁場(chǎng)抗擾度的測(cè)試

 

輻射電磁場(chǎng)抗擾度的測(cè)試裝置與輻射發(fā)射測(cè)試非常類(lèi)似，但是在這項(xiàng)測(cè)試中，號(hào)發(fā)生器和功率放大器將饋送給天線，以便在EUT附近產(chǎn)生“均勻電磁場(chǎng)”(±6dB)(在頻率范圍80~1000VSPACE=12HSPACE=12ALT="磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的實(shí)例。">MHz、AM、1kHz、80%調(diào)制深度下為3V/m或10V/m)。需要注意的是，不同產(chǎn)品的頻率范圍也不相同。

 

6)傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試

 

傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試的目的是在EUT端口輸入建立3V電平(有效值，150kHz~230MHz、AM、1kHz、80%調(diào)制深度)。號(hào)發(fā)生器和功率放大器必須提供足夠的功率，以便CDN能將號(hào)耦合到被測(cè)線。由于測(cè)試項(xiàng)目3)、7)、8)、9)、10)使用的是高度專(zhuān)業(yè)化的設(shè)備，如果實(shí)驗(yàn)室中有這些設(shè)備，工程師無(wú)需太多操作，只要正確連接EUT就可以了，重要的任務(wù)是監(jiān)控EUT的工作方式。

 

如何進(jìn)行近場(chǎng)測(cè)試

 

本文前面的介紹部分講過(guò)，近場(chǎng)測(cè)試非常適合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段。在這個(gè)階段，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法或許能給出的結(jié)果，但卻無(wú)法顯示問(wèn)題的來(lái)源所在。在挑選元件時(shí)，有些控制器芯片的輻射要比其他芯片低40dB，或具有更高的抗擾度。即使在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成，執(zhí)行兼容測(cè)試未通過(guò)之后，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法也幾乎無(wú)法給出有關(guān)問(wèn)題來(lái)源的任何息。在印制板一級(jí)，工程師們使用近場(chǎng)測(cè)試探針進(jìn)行測(cè)量，也可能使用缺陷檢測(cè)器等。

 

然而另一方面也必須了解，近場(chǎng)測(cè)試探針(幾乎)不能給出有關(guān)設(shè)備傳導(dǎo)或輻射水平的任何息，其誤差為20～40dB。但近場(chǎng)測(cè)試探針可以保證一點(diǎn)：每次使用時(shí)，其測(cè)量結(jié)果總要好于前述的各種測(cè)量。為了通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試探針大致了解產(chǎn)品是否能通過(guò)EMC測(cè)試，需要在已經(jīng)確知結(jié)果的樣品上進(jìn)行多次嘗試。

 

一些磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的例子。它們的優(yōu)點(diǎn)是容易制作，外購(gòu)也相當(dāng)便宜。它們都使用50Ω的電纜，并連接到一臺(tái)(廉價(jià)的)頻譜分析儀。

 

近場(chǎng)探針用來(lái)拾取電磁場(chǎng)的全部?jī)蓚€(gè)分量。雖然市場(chǎng)上有一些非常靈敏的電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)儀，但電磁場(chǎng)的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)并不太容易測(cè)量。它們無(wú)法給出輻射噪聲頻率成分的任何息，但可以方便地指出“問(wèn)題分量”。近場(chǎng)探針在連接到頻譜分析儀時(shí)，還可給出頻率成分息。

 

磁場(chǎng)探針提供一個(gè)與磁射頻(RF)場(chǎng)強(qiáng)成比例的輸出電壓。利用這個(gè)探針很容易找到電路的射頻源。不過(guò)，磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)隨距離迅速變化(成三次方關(guān)系)。另外，探針的方向至關(guān)重要，因?yàn)榇艌?chǎng)方向一定是垂直于磁環(huán)路的。前面已經(jīng)指出，探針將不會(huì)給出太多的量化息，但對(duì)于某個(gè)元件(IC、開(kāi)關(guān)三極管等)，隨著探針距離元件越來(lái)越近，探針的電壓輸出也將增大。

 

即使周?chē)性S多元件，通過(guò)研究原理圖，設(shè)計(jì)者也可以很容易地辨認(rèn)出噪聲源。如果工程師決定更換元件，他將很容易測(cè)量出更換后的結(jié)果，這使得在開(kāi)始時(shí)就選擇可靠的元件成為可能。VSPACE=12HSPACE=12ALT="圖4(a)和(b)：磁場(chǎng)探針、電場(chǎng)探針和一根管腳探針的實(shí)例。

 

管腳探針允許直接在IC管腳或PCB的細(xì)導(dǎo)線上鑒別噪聲電壓。還能方便地判斷濾波器的效果，盡管只是一種定性的判斷。管腳探針可以在濾波器的前、后分別進(jìn)行接觸測(cè)量，并觀察其效果情況。但工程師必須正確估計(jì)接觸電容，并選擇電容較小的探針(不大于10pF)。

 

電場(chǎng)探針可拾取共模電壓和需要的號(hào)。共模電壓是輻射電壓的一個(gè)重要來(lái)源。此外，磁場(chǎng)探針無(wú)法拾取電場(chǎng)。可以證明，使用全部三種探針是有益和省時(shí)的。

 

本文介紹了擁有公司內(nèi)部EMC測(cè)試設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?？傮w而言，除了設(shè)備成本、占用空間，以及可能的人員培訓(xùn)這些投入之外，擁有EMC能力并沒(méi)有什么不利。無(wú)論如何，EMC技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中必不可少，公司必須以某種方式進(jìn)行這方面的投資(如依靠第三方咨詢(xún)公司的服務(wù))，忽視它的代價(jià)將是高昂的

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44. 某實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)的酒精中純度和雜質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目，所用的標(biāo)準(zhǔn)為GB***，該國(guó)標(biāo)中雜質(zhì)測(cè)試引用了某行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY***，該行標(biāo)是否需要單獨(dú)拿出認(rèn)可?
答：需要單獨(dú)拿出認(rèn)可。
45. 超出預(yù)定范圍使用的標(biāo)準(zhǔn)方法，在能力表述時(shí)，何種情況表述為標(biāo)準(zhǔn)方法，何種情況表述為自編方法(標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序SOP)?
答：①通過(guò)方法確認(rèn)，能夠按照標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)/校準(zhǔn)時(shí)，可以表述為標(biāo)準(zhǔn)方法。②通過(guò)確認(rèn)，需要修改采用標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，應(yīng)編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行認(rèn)可。
46. 被認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中，其內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，其引用或執(zhí)行其他標(biāo)準(zhǔn)(按項(xiàng)目執(zhí)行)，這個(gè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是否要申請(qǐng)認(rèn)可。
答：要申請(qǐng)認(rèn)可。
47. 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的表述 申報(bào)的一種參數(shù)，是否可以列入不同檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)?例如：申報(bào)“氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留量”參數(shù)，在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(方法)中列入了氣相色譜-質(zhì)譜法，快速檢測(cè)，液相等多種方法。①植物性食品中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留量的測(cè)定GB/T 5009.104-2003，②動(dòng)物性食品中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥多
49. 如果以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)認(rèn)可，那么現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審時(shí)，除了確認(rèn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中申請(qǐng)的參數(shù)外，對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中其他內(nèi)容如何評(píng)審能力，還需確認(rèn)嗎?
答：認(rèn)可評(píng)審的是檢測(cè)/校準(zhǔn)能力，對(duì)于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)需要確認(rèn)的也是實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中涉及的檢測(cè)能力的內(nèi)容，對(duì)于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中不涉及檢測(cè)能力的內(nèi)容不在認(rèn)可評(píng)審范圍內(nèi)。
50. 以下超范圍使用標(biāo)準(zhǔn)的是否可以認(rèn)可?超范圍使用標(biāo)準(zhǔn)的是否可以作為偏離?是否應(yīng)該作為非標(biāo)方法?認(rèn)可參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)之外;檢測(cè)對(duì)象在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之外;用其他儀器代替的，如用ICP代替原子吸收。
答：以上都屬超范圍使用標(biāo)準(zhǔn)，此種情況實(shí)驗(yàn)室應(yīng)按非標(biāo)方法進(jìn)行確認(rèn)，評(píng)審組應(yīng)核查非標(biāo)方法確認(rèn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并對(duì)非標(biāo)方法的技術(shù)可靠性進(jìn)行分析。
51. 很多國(guó)外的法規(guī)被認(rèn)可，這些法規(guī)與檢測(cè)方法無(wú)關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)室將法規(guī)與自選的檢測(cè)方法捆綁認(rèn)可，暗示CNAS承認(rèn)被捆綁的檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果符合所列法規(guī)的要求，而那些檢測(cè)方法中并沒(méi)有規(guī)定可以檢測(cè)那些物質(zhì)。
答：目前法規(guī)可與檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)一同認(rèn)可，但沒(méi)有檢測(cè)方法，不能單獨(dú)認(rèn)可法規(guī)。有些法規(guī)出臺(tái)時(shí)，一些限定物質(zhì)還沒(méi)有具體的檢測(cè)方法，因此實(shí)驗(yàn)室需要選擇合適的方法，并按非標(biāo)方法進(jìn)行確認(rèn)。 CNAS實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可