如何正確使用近場探頭

發(fā)布日期：2017-04-05      瀏覽次數(shù)：3406

深圳市深東金儀器有限公司   

   近場探棒(near-field probe)在找出電路板、纜線和外殼中的電磁輻射源時相當有用；但某些狀況下，經(jīng)過近場探棒偵測而顯示在頻譜分析儀上的信號，會產生誤導。通過一些經(jīng)驗，你將知道如何克服這些問題。

近場探棒為疑難解答工具，首先你必須確定產品有電磁干擾的問題，通常會在兼容性測試(compliance test )或預先認證(pre-compliance)檢測時發(fā)現(xiàn)。應先透過遠場測量，找出超過法規(guī)限制輻射量要求的頻率，然后再找出輻射源。

產品調試測試––電路板

假設你的產品超過輻射標準，而且您試圖找出原因，可試試以下方法。若想找到電路板的輻射源，你可能需要在頻譜分析儀上連接一個簡單的磁場探棒 (圖1)，然后手動拿著探棒在電路板四處檢測，或是使用自動探棒測試器(automated probe station)近距離檢查。當探棒掃過電路板時，頻譜分析儀將會顯示振幅zui大的干擾諧波(offending harmonics)在何處。當你發(fā)現(xiàn)高次諧波(higher harmonic)時，你就會說“啊哈，我找到它了。”



圖1 近場探棒組可能包含三種尺寸的磁場探棒(H-Field) 及一組電場探棒(E-Field) 。(圖片來源：ETS-Lindgren)

在你真的確認是否有遠場干擾輻射源前，必須考慮以下兩件事：

哪些因素造成探棒找到這些信號？測試的地點是否為傳播場(propagating field) ？

磁場由電流所產生，在已知頻率下無論電流多高，你可在頻譜分析儀上看到測量出的峰值(peak)。高電流的狀況可能會發(fā)生在電路板的線路上或是芯片內部等。

你必須注意印刷電路板的堆疊方式，用近場探棒檢測層數(shù)較少的電路板較為容易。然而，碰到線路密度分布高的電路板，特別是堆疊很多層的板子，還有在不同層采用不同電流源的狀況下，透過近場探棒作檢測會變得比較困難，需要特別留意與分析。

這里有其它可能原因造成高頻時產生高電流的狀況。如果你只是在離電路板高一點的位置找高近場(high near-fields)，你可能會認為是去耦電容(decoupling capacitor)造成高度輻射。在下此結論之前，先考慮一下去耦電容本身的功能。

去耦電容是為了在電路板電源層 (power plane)和接地層(ground plane)間(或線路間)的高頻環(huán)境下產生低阻抗路徑(low impedance path)，防止高頻噪聲電壓產生。若有任何噪聲電壓產生(例如由芯片所產生的)，都會在電容中發(fā)現(xiàn)低阻抗路徑。

這代表電容將會導入電流來降低噪聲電壓。因為電容的功能就是導入電流而控制電源層和接地層的噪聲，因此，近場磁探棒可以在電容間探測到較大的近場(greater near fields)。這并非代表電容會造成問題，而是電容在執(zhí)行本身應有的功能。

其次，不是所有的近場都會傳播。透過數(shù)學的證明方法已經(jīng)超出了本文的范圍，但非傳播式的近場只能儲存能量。使用近場探棒，你無法確定近場測量是傳播或非傳播式。這并不意味著近場磁探棒沒有幫助，它只是告訴我們在下結論前時須先謹慎思考。

產品調試測試––外殼屏蔽

另一種很常見的調試方式是使用磁探棒在屏蔽內四處“嗅探”干擾輻射波由何處泄出，因為表面電流(surface currents)無法穿透外殼屏蔽(shielded enclosure)的結構縫隙，而會圍繞著這些孔隙，而磁探棒通?？梢愿袦y到。目前這種測試的結果都很良好。

如果是大型屏蔽(electrically large，在頻率方面大于1/4波長)，并存在噪聲電流，便會產生駐波，這取決于外殼大小。如果頻率對應的外殼尺寸是1/2波長，即使附近沒有孔隙，駐波也會在外殼達到zui強。這種情況讓多名EMC工程師猜想輻射波也許由屏蔽的金屬墻穿透，而非透過孔隙。

由于集膚效應(skin effect)，射頻電流通常不能穿越屏蔽的金屬墻，而必須透過孔隙或是纜線/連接器而穿透出去。在此例中，磁場探棒的高讀取無法找出噪聲泄漏點。

測量可適當?shù)匕矒崆榫w。但是，你應當了解測量方式，以確保你的測量結果符合原先的需求，還有做出的結論合理且符合物理原則。切勿盲目地接受測量結果，并且依此驟下結論。

總歸一句，當去耦電容的設計適當、且連接電感(connection inductance)zui小化時，其使用的好處會比壞處多。