今天的電子設備通常非常復雜，您可能需要處理EMI問題。

由于嵌入式電子元件的激增，現在更多的商業產品屬于必須嚴格要求的設備類別環境標準。此外，越來越多的市場要求產品符合EMC標準。因此，工程師發現自己在時域中只有一只腳，在頻域中只有一只腳。

在設計過程中，你有設計目標和設計要求。雖然錯過設計目標并不好，但錯過設計要求卻更糟糕。不符合監管要求（例如EMC）是不可取的。但是，EMC要求通常與其他設計要求不一致，因此您必須進行一些設計權衡。

在頻域中使用遠場，近場和共模故障排除技術，您可以確定輻射源的來源。遠場技術非常類似于正式EMC認證測試期間在遠距離（米）處采用的技術。近場和共模技術是您在更接近（厘米）處執行的故障排除技術。您可以將這兩種技術都視為近場技術。然而，每種技術都有一個明確的目標。

在天線理論中，術語“近場”和“遠場”對相當復雜的數學表示具有重要意義，但本文提供了簡化的解釋。隨著您獲得EMC經驗，您將開發個人故障排除方式。但是，以下方法可以有效地將看似壓倒性的EMI問題減少到可管理的一系列問題。

從遠場分析開始

通常，您在任何故障排除過程中的第一步是限制問題，讓您深入了解問題的嚴重性和性質。由于使用近場或共模測量技術很難預測產品的遠場EMI行為，因此限制EMI問題的最有效方法是進行遠場分析。

遠場分析是對被測設備（EUT）的EMI行為的宏觀觀察（圖1）。您可以收集一系列頻率和EUT特定距離的實際輻射發射測量值，并將這些測量值與預定限值進行比較。如果您使用的測量方法與適用的測量標準定義的方法相同，并且您在無環境能量的環境中進行測量，則可獲得最大的益處。雖然正確執行遠場分析所需的設施和設備成本很高，但即使是粗糙的設施，老練的用戶也可以使用這些遠場技術。

在本次討論中，“遠場”是指適用的測量標準所定義的接收天線和EUT之間的距離。例如，歐洲標準EN55022：1995，信息技術設備的無線電干擾特性的限制和方法，指出當您進行測量時接收天線距離EUT 10米。特殊規定允許您在3米處對B類產品進行測量。該標準適用于30 MHz至1 GHz頻率范圍;您可以在開放區域測試站點或吸收器襯里的屏蔽室中收集數據。

您可以通過將EUT放置在帶有接收天線的電動轉盤上來自動收集遠場數據安裝在電動桅桿上。測試控制軟件改變轉臺方位角，天線高度和天線極性，測試系統掃描頻譜并記錄整個頻譜的發射電平。此過程類似于EUT在正式認證期間可能經歷的實際測試。

您必須對復雜系統執行多次遠場掃描，因為EUT排放中通常存在可變性。大多數經過此類測試的設備至少有一根系統電纜（交流電源），通常更多。在遠場掃描運行之間操作系統電纜是個好主意，因為電纜位置會影響EUT發射。此外，通過在操作電纜時實時查看選定的頻率或頻率范圍，您可以獲得即時反饋，從而更快地隔離問題。

設計良好的系統的標志是可重復的行為，其中在遠場測量中，在給定頻率下，最大輻射發射僅變化約2至3dB。該結果假定輻射發射水平低于要求的限值，并且您已在所有操作模式中觀察到EUT，這可能導致輻射發射的顯著變化。有時很難確定是否出現這種情況。

在給定頻率的遠場測量中，邊緣設計可能會產生大約10到20 dB的輻射發射極端變化。具有大變化的系統不如具有小變化的系統穩定，并且在鑒定過程中需要更多的工程時間。這種極端變化可能是不可接受的，這取決于相對于極限的最大排放水平。

若干因素可能導致輻射發射的極端變化，包括幾乎相同頻率的多個發射源，EUT工作模式的變化或電纜位置的變化。如果多個源以幾乎相同的頻率存在，則一個或多個源可能在時間上重疊并因此產生相加的發射。您可能需要處理每個源以將排放降低到所需的水平。

此外，系統運行模式的改變可能會導致輻射發射的顯著變化。例如，突然爆發的磁盤活動甚至微處理器緩存活動都會導致相應的排放突然變化。要識別和處理這些類型的排放，您可能需要詳細了解設計。最后，由于電纜位置引起的輻射發射的大的變化表明系統存在固有的錯誤。設計合理的系統不會出現這種情況。

由于電纜位置變化導致輻射發射的這種大的變化的原因是接地方案不良，I/O端口濾波不良，屏蔽電纜不良，或耦合到外部電纜上的光圈發射。解決這些排放所需的步驟可能從嚴重到簡單，可能需要您進行重大的重新設計。但是，情況并非總是如此，有時簡單的步驟可以解決問題。例如，嘗試用屏蔽良好的電纜替換屏蔽不良的電纜，或者策略性地放置EMI墊片，這樣可以通過減小孔徑（外殼中的開口或狹縫）來消除發射。在遠場測試中，特別難以發現小孔徑的發射，因為這些發射往往是非常有方向性的。只有5厘米的光圈可能無法在大于約900 MHz的頻率下為您的系統提供足夠的衰減，因此您需要嚴格的轉盤和天線定位才能在遠場定位這種類型的發射。

移動到附近 - 場分析

近場分析只需要你有一個頻譜分析儀和一個近場探頭（一個小磁環天線）（圖2）。在觀察頻譜分析儀的同時，將近場探頭靠近EUT（大約厘米）。最好在沒有環境射頻能量的條件下進行近場分析。但是，通過使用從全面的遠場分析中獲得的知識，您可以將近場分析的范圍縮小到有問題的頻率。

在環境存在的情況下工作更實際頻率較低時要擔心的頻率，這種簡化測試的機會可以釋放主要資源。理想情況下，當您在適當的設施中將它們應用于無環境能量時，您的遠場和近場技術相互補充。

近場分析的一個良好起點是列出在遠場分析期間測量的精確頻率。但是，當您將信息與基本原理相結合時，其他相關信息（例如轉盤方位角，天線桿高度以及測量最大發射量的天線極性）也為您提供了寶貴的見解。該原理表明，在遠場中，接收天線的極化與輻射孔的定向平面正交。

因此，外殼中的垂直孔產生水平偏振發射，并且外殼中的水平孔產生垂直偏振發射。通過在近場探測時應用這些知識，定位和消除孔徑輻射（這是近場分析的主要目標）變得更加容易。

槽位排放可以足夠強大到達在遠場觀察它們。但請記住，如果外部系統電纜靠近光圈，您甚至可以觀察到遠場中的弱光槽發射。此外，內部系統電纜的布線可以改變來自外殼孔徑的發射強度甚至頻率。

您可能希望在外部系統電纜分離的情況下執行近場探測，因為連接的電纜對EUT來說，很難區分電纜發射和插槽排放。但請記住，在進行近場探測時，可能需要在拆卸系統電纜時進行權衡，因為這種分離的系統電纜可能會妨礙EUT的正常運行。例如，如果EUT的操作系統位于EUT外部的硬盤驅動器上，則需要使用外部電纜來運行操作系統。

機箱孔徑可以作為設計的一部分，例如氣流，或者它們可以通過更微妙的方式進入系統，例如墊圈疲勞，涂漆表面或非導電金屬涂層。在任何情況下，您必須消除光圈，即使只是暫時的。要完成這項任務，您可以使用銅帶，鋁箔和各種EMI墊圈，所有這些都是您的耗材庫中的便利物品。

在此故障排除階段，您可以甚至使用消除孔徑的粗糙方法。一般來說，這個階段不是擔心您是否可以實施實用方法的時候。例如，如果您可以在源頭處理發射，則可能會在以后結束，例如，您不需要消除光圈。

一旦處理了有問題的光圈，您的近場探測在處理區域附近應驗證您已消除了孔徑發射。您還可以使用遠場頻譜來驗證這一事實。如果遠場中仍存在發射，則可能需要處理多個發射路徑（孔徑或電纜）。如果您認為已消除所有違規孔徑，則應在不連接電纜的情況下進行遠場掃描，以確認您已消除了孔徑發射。雖然這種類型的遠場掃描可以為您提供見解，但它并不代表實際的操作模式。盡管如此，掃描應該表明外殼的整體完整性有所改善。

接下來，將電纜恢復到系統并在正常操作條件下運行另一個遠場掃描。此步驟應表明您已取得進展并減少或減少排放。如果排放仍然存在，則可能是電纜排放，您需要進行共模分析。

過渡到共模分析

共模分析使用的測試設置類似于用于近場探測的測試設置。您只需使用共模電流鉗替換近場探頭，即可測量共模電纜輻射（圖3）。

共模電纜輻射是電纜上雜散電流的直接結果。這些雜散電流是由于系統中某處的信號電流和返回電流的不平衡造成的。由于電流僅在閉合電路中流動，因此返回電流只是返回其電源的電流。

電纜上的某些電流是故意的，而其他電流則是無意的雜散電流。您應始終為有意信號電流提供低阻抗返回路徑。

如果您正確平衡信號和返回電流，這些電流方向相反且方向相反，每個電流產生的電場會抵消相應的領域。然而，當系統內某處的返回路徑不足時，返回電流遵循間接的雜散返回路徑，并且不會發生場消除。結果是輻射發射。

由于電纜制造的天線很好，因此只需幾微安的不平衡共模電流就會產生過多的輻射。要測量這些發射，請在觀察頻譜分析儀上的顯示時，將共模電流鉗放在被測電纜周圍。與近場分析一樣，最好在沒有環境射頻能量的條件下進行共模分析。但是，通過使用從全面的遠場分析中獲得的知識，您可以將共模分析的范圍縮小到僅有違規的頻率，這使得在環境頻率存在下工作更加實用。理想情況下，當您在適當的無環境能源設施中同時應用遠場和共模技術時，遠場和共模技術可以相互補充。

共模分析的一個良好起點是從遠場分析中列出精確的頻率列表。其他相關信息，例如轉盤方位角，天線桿高度，以及測量最大發射的天線極性，在將信息與基本原理相結合時，也提供了有價值的見解：在遠場，極化接收天線與輻射電纜的定向平面在同一平面上。

因此，垂直電纜產生垂直極化發射，而水平電纜產生水平極化發射。在垂直和水平平面上都有段的電纜可以同時具有垂直和水平極化場。

您應該一次對一根電纜進行共模分析。如果可能，從系統上拆下測試電纜以外的所有電纜。使用連接到系統的多根電纜執行共模分析可能會導致被測電纜與剩余電纜之間的相互作用，從而導致分析無效。如果存在其他電纜，則應將剩余電纜遠離被測電纜，以便與被測電纜的相互作用最小。最后，最好是外殼完好無損;如果不是，如果發生耦合，您可能會無意中使分析失效。

了解電纜可以幫助您進行故障排除。同軸電纜幾乎是理想的，因為它們的信號電流和返回電流（以及因此產生的場）包含在電纜的屏蔽內。但是，由于在整個系統中使用同軸電纜通常是不可行的，因此必須為更實用的布線選擇提供便利。通過這種電纜折衷，您可以獲得更高的輻射發射。

如果電纜的返回路徑中存在斷裂，例如斷路屏蔽或損壞的排擾線，電纜會發出輻射。最好使用具有通過排放測試歷史的可靠電纜。但即使這些可靠的電纜最終也會疲勞并開始輻射。執行電纜檢查的最佳方法是將共模電流鉗放置在可疑電纜周圍，然后觀察電纜在分析儀上的輻射。在終端處彎曲電纜，這是最薄弱的部分。如果存在間歇連接，則共模電流鉗測量的電場跳變至少5至10 dB。

您還可以使用毫歐量程表進行電纜檢查，以測量電阻。每個連接器后殼之間的電纜屏蔽。再次，在終端處彎曲電纜，同時觀察電阻的根本變化。這種技術可靠性較差，因為它采用直流而非射頻測量技術，但在某些情況下更容易使用。

關閉根本原因

當你有消除了所有外殼孔并將可靠的電纜放在適當的位置，因為您為EMC設計了系統，因此您應該只有少量有問題的排放進行故障排除。您的下一步是識別和處理這些違規排放的原因。

在任何給定頻率下，排放可以具有來自多個來源的諧波含量。例如，200MHz發射可以具有與25.00,33.33,40.00,66.66和100MHz的基頻相關的諧波含量，并且微處理器的核心頻率也可以是200MHz。這些來源中只有一個可能是你的主要罪犯;其他原因可能要小得多。

幸運的是，在有問題的頻率下，與這些源相關的諧波很少處于相同的頻率。幾十千赫茲可能將諧波分開。您可以使用此精確信息來找到問題的根源，但創造性地使用頻譜分析儀至關重要。分析儀允許您在違規頻率下仔細區分各個貢獻源。您可以應用遠場，近場和共模故障排除技術的組合來正確執行此分析。

從遠場測試設置開始，將頻譜分析儀設置為在違規頻率下大約1 MHz并將其置于自耦合模式。在這個范圍內，您無法區分各個信號貢獻者。開始逐步降低跨度，直到各個貢獻頻率變得明顯。在逐步降低范圍的同時，繼續保持最高的貢獻者或貢獻者集中在頻譜分析儀顯示屏上。請注意，在自耦合模式下，頻譜分析儀的掃描時間，分辨率帶寬和視頻帶寬會自動更改為適合所選量程的設置。

一旦頻譜分析儀的跨度足夠窄，各個貢獻頻率變得截然不同。您現在可以非常精確地確定主要犯罪者或貢獻者的頻率。記錄此頻率并轉到共模測試設置以進行相關。使用與共模測試設置相同的分析儀技術，以確定哪個電纜（或多個電纜）是所討論的確切頻率的發射路徑。在這里，您正在查看精確的違規頻率下的相對排放水平。這種方法可以引導您進入有問題的端口。

獲得對機箱的訪問權限后，在電路級使用相同的分析儀技術，但使用近場探頭。再次，在精確的違規頻率下查看相對排放水平。將近場探頭靠近EUT的電路元件。

電路級的近場探測可以指向電路板布局問題，例如地平面故障或嘈雜由于串擾導致的痕跡。這種探測還可以突出顯示具有不充分的去耦或過度封裝輻射的元件，或者引起子系統之間耦合的元件放置問題。然后，您可以使用謹慎的因果故障排除技術來確定性地找到問題的根源。例如，通過移除I/O端口上的濾波器組件，您可能會看到遠場，近場以及共模設置中所討論的精確頻率的發射減少。

確定違規來源后，您可以確定在設計過程中違反了哪些設計規則并更正設計，從而對待來源。經過深思熟慮的設計包括一定程度的靈活性，以便您可以進行此類更正。例如，如果電路拓撲已經到位，您可以調整時鐘終端或I/O端口濾波器。

重復完成

解決排放問題不是一個簡單的過程，您可能需要重復該過程或部分過程 - 直到您處理所有違規來源。另一項遠場測試和分析將最終驗證您的結果。如果遠場分析產生有利結果，您可以系統地開始刪除在故障排除期間可能已實施的任何臨時修訂。一旦控制了排放源，部分或全部這些變化可能就沒有必要了。如果您在故障排除過程的早期實施了臨時修復，您現在認為是必要的，那么您必須設計一種合理，可重復的方法。