如何降低產品開發成本是終端製造商心心念念的目標，在產品進入生產前，執行EMI預相容性測試，可在正式測試前發現不符合規範的情況，避免EMI相容性測試失敗。EMI相容性測試失敗除須付出高昂的成本之外，還可能會使產品開發週期面臨風險。
一般而言，相容性測試是產品在進入生產前設計品質保證程序的一部分。相容性測試內容繁多且冗長，如果在產品開發階段中的EMC測試失敗，則須進行重新設計，不僅成本高昂，而且會延誤產品的上市時間。
執行預相容性測試可以在將產品送到正式測試前即發現不符合規範的情況。以太克(Tektronix)為例，該公司推出以USB介面為基礎的RSA306即時頻譜分析儀，使預相容性測試變得簡便和經濟。放射輻射量測和傳導輻射量測可有效減少產品通過EMI認證所需的費用和時間。本文將以兩個實測案例，分析以RSA306為基礎來執行放射輻射和傳導輻射的測試方法。
放射輻射量測案例分析
在此一預相容性測試中，測試者使用了1公尺和數公分等兩種距離。降低待測裝置(DUT)與測試天線之間的距離將可提高DUG訊號強度與射頻背景雜訊之比例。遺憾的是，近場結果並無法直接轉換成EMI相容性測試中使用的遠場測試，因此在得出結論時必須審慎增加預失真，是提升相對DUT訊號位準的另一種好方法。
天線的選擇
在量測中，測試者使用三台成本低廉的PC板對數週期天線和一台雙錐天線。這些天線安裝在三腳架上，放置簡便。測試者可將天線因數(AF)和電纜損耗輸入RSA306以校正場強。雙錐天線用於20∼200MHz頻率，較長的20∼200MHz波長要求較大的天線，背景雜訊也可能是一個問題，因為其中包括了許多無線廣播頻率。
分析環境特性和測試結果
在將天線校正因數和電纜損耗輸入RSA306後，開啟峰值偵測器電源，設定極限行(圖1a)。調節極限行，適應測試環境。在開啟DUT電源前，請務必要評估和分析測試環境特性。在極限行和環境雜訊基準之間是否有足夠的訊號空間？是否有可以降低的已知訊號？是否須將測試設定移到更安靜的環境？
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| 圖1a 環境背景結果。在VHF 頻段中可以清楚地看到廣播訊號。 |
如果背景雜訊已符合要求，請開啟DUT電源。兩項量測之差即來自DUT的輻射(圖1b)。在測試中，測試者使用已經通過EMI相容性測試的Tektronix Wi-Fi展示電路板，因此並未偵測到失敗。好消息是，如果使用者已經正確設定測試，沒有訊號或雜訊接近極限行，則這可能意味著已經可以準備進行相容性測試。
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| 圖1b DUT的測試結果，超限情況不是由DUT引起。 |
如果在此階段發現問題，則可能要求進一步診斷和修改設計。RSA306上提供的功能既支援相容性量測，也可支援診斷作業。熟悉DUT設計的工程師可以確定有問題的訊號。近場探測工具也可能會非常實用，本文後面會對此展開討論。
採用近場/遠場量測 消除不必要射頻訊號
在全面相容性測試實驗室中，測試者使用EMI接收器和已校準的天線，在3公尺或10公尺距離上測試電子裝置。換言之，也可能在遠場中完成量測。這些測試艙旨在消除或顯著降低所有不想要的射頻訊號，以便於量測DUT的EMI訊號。
儘管測試者需要盡最大努力來保證預相容性測試中的射頻背景雜訊達到最小，但背景雜訊可能仍然很明顯。降低測試天線與DUT之間的距離可以提升DUT相對於射頻背景的訊號位準。
傳導輻射量測案例分析
圖2顯示了測試設定的方框圖，待測裝置是筆記型電腦使用的通用AC-DC電源轉接器。
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| 圖2 預相容性傳導輻射測試的方框圖。 |
線路阻抗穩定網路(LISN)
務必要先從LISN上斷開頻譜分析儀輸入，然後再從LISN中拔下電源，因為LISN放電可能會損壞頻譜分析儀前端。
在傳導輻射量測中，所使用的是LISN而不是天線。LISN是一種低通濾波器，放在交流或直流電源與DUT之間，建立已知阻抗，提供一個射頻雜訊量測埠，同時還將不想要的射頻訊號與電源隔開。增加預失真也是提升相對DUT訊號位準的好方法。
請注意，60或50Hz電源上傳導的干擾對某些設計可能也是一個問題。大多數傳導EMI測試規定了9kHz∼1GHz的實測頻率範圍，但在需要時也可以在更低頻率上量測訊號。針對低頻量測，RSA5100系列即時頻譜分析儀是很好的選擇，因為它們可以覆蓋直到1Hz以下的頻率範圍。若要最有效地量測傳導EMI，最好使用兩個LISN：一個用於到DUT的規定阻抗，一個用於頻譜分析儀或接收器。
功率濾波器
對傳導量測，背景雜訊來自於電源。儘管LISN提供了一定的隔離度，但使用者經常需要額外的功率濾波。在此一測試量測中，結果主要是來自大樓電源的雜訊。若增加電源濾波器，便可將進入的雜訊降低到足夠的水準，來進行傳導量測。
分析環境特性和測試結果
首先，將LISN校正因數輸入RSA306，開啟峰值偵測器電源，設定極限行。在開啟DUT電源前，請務必要評估和分析測試環境特性。極限行與雜訊基準之間是否有足夠的空間？是否需要增加功率濾波器？如果背景雜訊已符合要求，請開啟DUT電源，並依照該順序將LISN輸出連接至頻譜分析儀。兩項量測之差即來自DUT的輻射(圖3)。
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| 圖3 傳導輻射測試顯示頻譜較低一端有超限的情況。 |
在傳導量測中，DUT是在網路上購買的低成本筆記型電腦電源。測試者使用備用的筆記型電腦作為電源負載。在這種情況下，可透過試驗看到測試失敗。圖3顯示DUT傳導輻射在大約172Hz處高出極限。RSA306上提供的功能可以執行預相容性量測和診斷。熟悉DUT設計的工程師可以確定有問題的訊號，這時近場探測工具也非常實用，如果使用者已經正確設定測試，沒有訊號或雜訊靠近極限行，則這可能意味著使用者已經可以準備進行相容性測試。
總而言之，若EMI相容性測試失敗，則須付出高昂的成本，且可能會使產品開發週期面臨風險。而設定自己的預相容性測試將可協助使用者隔離出任何發生問題的區域，在將設計送往標準測試機構前即先解決問題。
(本文作者為太克科技技術經理)