EMC調試工具:示波器在EMC調試中的應用
EMC調試工具:示波器的應用
數字示波器是維修、調試、設計、科學研究不可或缺的工具。工程師廣泛應用于時序分析、高速信號眼圖分析、波形的過沖、振蕩、異常分析,是工程師的第二雙眼晴。
圖1:常用數字示波器
一、信號幅度的測量
在輻射發射調試過程中發現信號幅度越大,通常輻射發射測試結果越差,信號幅度越大對交變信號來說意味著電流/電壓變化率越大,空間輻射發射能力也更強;信號幅度過大可能使信號失真,對于正弦波來說未失真時高次諧波非常少,而失真后則產生豐富的高次諧波。
使用示波器測量信號的幅度,并根據測量數據結合電路設計要求,對波形進行修正使符合電路要求的前提下,降低其對外耦合和發射的能力。
圖2:晶振正弦波失真波形
圖3:晶振正弦波失真后的頻譜圖
二、信號過沖與振鈴的測量
在高速信號設計過程中,信號的過沖與振鈴是導致信號完整性的重要因素,輕著影響信號傳輸質量,嚴重時導致信號無法傳輸。開關電源設計過程中,開關節點SW的過沖是影響開關器件壽命與器件成本的重要因素,設計時不加以控制可能引發嚴重的質量問題。
開關節點SW的振鈴,通常是導致開關電源產品輻射發射測試失敗的關鍵因素,也是傳導發射測試失敗的重要因素之一。通過示波器測量開關節點電壓波形、電流波形可以評估過沖尖峰電壓的影響,也可以判斷噪聲頻點的源頭。
圖4:開關節點寄生振蕩波形圖
通過示波器測量關鍵節點電壓、電流波形,并根據波形中的過沖、振鈴情況來結合實際測試數據、進行分析對策確認,可以節省大量的EMC測試場地費用,尤其是沒有EMC試驗室及測試場地的企業來說。
三、高速信號上升沿/下降沿的測量
眾所周知方波的高次諧波非常豐富,方波上升沿、下降沿越陡峭意味著諧波也越豐富,使用示波器測量方波信號的波形,并根據上升沿、下降沿的時間結合電路要求的時間,在滿足信號質量的前提下盡可能的使信號上升沿、下降沿變緩,可以實現低成本、高質量的解決時鐘信號、高速信號EMC問題,尤其是輻射發射問題。
圖5:方波信號波形
圖6:方波信號頻譜圖
四、示波器的FFT功能
很多示波器都具有FFT功能,EMC調試過程中如果沒有頻譜分析儀的情況下,可以通過測量時鐘信號、高速差分信號的波形,再使用示波器FFT功能轉換成頻譜圖,就更加直觀,方便調試判斷。
圖7:示波器FFT功能的使用圖
五、高速示波器測量眼圖
使用高速示波器在測量高速信號眼圖有著廣泛應用,通過高速信號的眼圖可以判斷差分信號的相位誤差、串擾、驅動、反射等信息,是高速信號EMC調試的窗口。
圖8:高速信號眼圖測量
高速差分信號對如果存在嚴重的相位錯位,高頻噪聲無法有效互相抵消,則會產生的空間輻射;高速差分信號的串擾也是其輻射發射問題產生的重要原因之一,信號過激勵或著欠激勵有時也產生嚴重的輻射發射問題,都可以通過眼圖信息獲得。