在測量EMC的時候,示波器的射頻探頭可以幫助我們定位正在開發(fā)的電路板或產(chǎn)品的輻射是否達到設(shè)計要求。
那什么是射頻探頭?
射頻(RF)探頭是一種簡單的電路,它允許電壓表指示射頻電路不同部分上射頻信號的相對振幅。通常情況下,示波器會有專用的射頻探頭,以防止設(shè)備本身的干擾,如圖1就是幾款射頻探頭。
圖1
為了有效地使用這些射頻探針,并很好的理解從不同類型探頭那里得到的結(jié)果,我們就從近場的測量出發(fā),來探討一下射頻探頭的類型吧!
近場探頭分為兩種基本類型,分別是電場探頭和磁場探針,讓我們看看他們分別有什么區(qū)別?
圖2
電場探頭如圖2所示,主要是響應(yīng)電場,電場由電路中變化的電壓產(chǎn)生,它們通??雌饋硐褚桓烫炀€,有時像一根魔杖末端的小球,他們對探針如何朝向被測設(shè)備的方向有關(guān)。
圖3
磁場探頭如圖3所示,主要響應(yīng)磁場,磁場是由電路中電流的變化產(chǎn)生,從而導(dǎo)致電壓的變化,它們經(jīng)??雌饋硐褚粋€循環(huán),被屏蔽以最大限度地減少e場拾取,因此對e場敏感,所以它們主要只對磁場作出反應(yīng)。這些電子場探頭真正重要的是場的變化,它們對這些場的方向很敏感,在測試中,它們只響應(yīng)與回路在同一平面上的電流,因此如果回路是平坦的,那么在這個平面上流動的任何電流都會很好,但如果在電路中將磁環(huán)進行旋轉(zhuǎn),就會有電流流過,可以響應(yīng)沿著垂直磁環(huán)方向流動的回路電流的平面,這就非常方便地幫助我們識別可能會輻射磁場的特定電路軌跡。
值得關(guān)注的是,無論使用哪種類型的探頭,它們通常被設(shè)計為接收輻射能量或場,所以它們的設(shè)計不需要連接到您的電路,因此它們的外部通常會被裹上某種絕緣體,這樣如果不小心碰到電路板,就不會因為相互接觸而發(fā)生短路。
圖4
如圖4所示,就像我們所說的那樣,示波器上變化的波形,就是電場探頭對板上電壓變化的響應(yīng)。
圖5
如圖5所示圖中,大家很可能會在圖5中看到振蕩器,因為在探頭游走的芯片附近接收到了一個48兆赫的諧波,它們主要在邏輯電路周圍非常有用,其中得到的波形的互連不是很好,長時間觀察,我們就會發(fā)現(xiàn)電壓的波動很大,而電流卻沒有多大的波動。
所以如果我們有不斷變化的電流流過時,就會產(chǎn)生磁場,這個時候,我們就不會用電場探頭去探測電路輻射,因為通常電源中的電壓波動不大,但在電源走線上流動的電流量可能會有相當(dāng)大的差異,這時候磁場探針就會更合適去探測。
圖6
除此之外,如圖6所示,大家應(yīng)該還注意到,當(dāng)我在板子上某一個固定的點進行探測時,我們看到的是響應(yīng)沒有改變,如果在這個固定的點上旋轉(zhuǎn)探頭,響應(yīng)基本上也是相同的,這就是磁場探頭的特征。
圖7
現(xiàn)在使用電場探頭,如圖7所示,我們正在尋找當(dāng)前有響應(yīng)的磁場,通常我們都會發(fā)現(xiàn),隨著頻率的上升,電路板中涉及的阻抗在下降,這可能是因為有控制阻抗走線之類的東西吧!通常這也意味著所涉及的電流有點高,所以這種情況下,電場探頭通常更有效,并且可以定位更高的頻率發(fā)射,大家肯定還注意到,在用電場探頭進行探測的時候,一直保持著電場探頭的回路平面平行于電路板,以便任何電流和電路板都將有效地耦合到這個探針中。
圖8
在圖8中,我們將電場探頭的平面平行于電流,在示波器的顯示屏上,我們可以很容易地看到那條跡線上的寬帶發(fā)射,但如果將這個探頭旋轉(zhuǎn)90度,就會看到剛才那個信號*消失了。在同一個點上,但只需將探頭旋轉(zhuǎn)90度,就可以對該電流產(chǎn)生很大的敏感性或使其*消失。
當(dāng)你去尋找電路板上的一個冒犯性的輻射時,這可能真的很方便,例如你經(jīng)常做的是拿電場探頭并與板平行并四處掃描尋找板的區(qū)域,一旦你發(fā)現(xiàn)那令人反感的輻射,那么你就可以垂直電場探頭,以便將探頭平面對準電路板的特定軌跡,以查看哪些軌跡可能帶有輻射。如果你排查的是一個非常密集的板,不能把它縮小到一個特定的軌跡,那么你就可以切換到較小直徑的電場探頭,這便會降低敏感度,但卻可以讓你很容易區(qū)分兩條靠得很近的軌跡,從而得到具體是哪一條軌跡帶有輻射,造成違規(guī)排放的的。
需要注意的是:通常在EMI一致性測量中,使用近場探頭進行的測量和使用天線或所謂遠場進行的測量結(jié)果可能匹配也可能不匹配,原因是遠場測試能給出頻率信息,即哪些頻點超標(biāo)了,但是沒有位置信息。為了通過測試,需要從源頭上來采取措施,所以需要應(yīng)用近場測量來尋找干擾源,近場分析的初衷是要得到一個理想的磁場分布。
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