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確保EMI認證測試質量之*解決方案

EMI測試簡介

電磁干擾（Electromagnetic  Interference,  EMI） 是一種普遍地充斥在我們的生活周遭的物理現象，一般常見的電磁干擾可分為人為與自然的類型。例如，汽車引擎的瞬間點火動作、各式各樣的電磁輻射源或電子設備、又或者是在系統切換瞬間所產生的干擾信號、火花等。除此之外的自然電磁干擾源則以閃電與宇宙射線為經常性地影響我們日常生活的物理現象。而隨著電子產品與系統的使用量日益普及，所涵蓋的層面則包括從航天電子、醫療設備、計算機設備到行動通訊產品，無一不是被密集地在各種應用領域上提高其系統的使用量，因此導致伴隨在各種系統的電磁干擾效應不斷地大幅成長。為了提高對電磁干擾的免疫能力或是抑制自身產生的電磁干擾量以降低對其他電子產品的的訊號干擾，于是采用具有電磁干擾防護的設計措施就變得日益重要。

                                                       圖一 電子設備的兩面性

基于這些應用上的考慮，因此在業界早已訂出適當的規范來定義電磁干擾的規格及其在量測環境上的標準，例如，在美國所使用的FCC規范、在歐洲所使用的VDE規范、在日本所使用的JIS規范等等。

其次，就電磁波的傳波途徑而言，可將電磁干擾分類為傳導性與輻射性的來源。其中傳導性輻射的形成系來自于緊貼著電力現或纜在線的輻射訊號傳輸到電子組件上或系統上所致，而輻射性的電磁干擾則是由電子系統的外箱、天線或其他零組件上產生之雜散諧波訊號所發出之電磁波，往往是干擾其他電子系統的電磁干擾源。隨著高科技的應用層面進展神速與日益廣泛，電磁干擾的議題也迅速地在各種應用面向上快速散播，日益高速的操作性能與高密度整合性的半導體電子組件無形中使得許多訊號的干擾源既難偵測且難辨認。因此，有必要藉由建立校正性的量測方法來建立一套因果關聯性的方法論，以達到確保其電磁兼容性、進行電磁干擾源定位，以及偵測無線射頻的干擾等目的。在固緯電子的設計工藝展現之中，GSP-830擁有的傲視群倫性能項目不只是在背景噪聲可達-117dBm的條件下輕松地捕捉到極微弱性號的能力，同時在搭載一個20dB的前置增益放大器GAP-802下，更能使得GSP-830的背景噪聲性能降到-137dBm的準位，由此則可更加擴增其量測范圍。借著搭載有電磁干擾分析之應用軟件與干擾源偵測配件的GSP-830在電磁干擾源的診斷分析上是*的*解決方案。

圖二 由頻譜分析儀上所搭載之電磁干擾偵測套件可作為電磁干擾放射之診斷系統的前測工具，特別是在EMI/EMC測試認證的前測活動已被廣泛地采用

電磁兼容性測試的需求已成為頻譜分析儀的市場發展潛力的關鍵預測指標

電磁兼容性（Electromagnetic  compliance  EMC） 對目前的工業規格制定當局與制造商而言一直是個熱門的議題，而由于在消費性電子組件不斷整合的結果，使得我們所居住的環境中幾乎是到處充滿了無數可能的電磁輻射源。因此，需要藉助電磁兼容性的測試來確保各種電子產品的安全性與有效使用性。為了降低電磁干擾所帶來的風險，電子產品制造商往往會采用頻譜分析儀作為電磁兼容性的可靠度測試工具。而一般常用的輕巧而多功能型頻譜分析儀則往往可搭載合適的天線組合、線路阻抗穩定網絡（Line  Impedance  StabilizationNetworks,  LISNs）以及近場式的偵測探棒來找出電磁干擾源。因此，采用頻譜分析儀的量測方案已成為大部分工程師在不愿意重復往返電磁兼容性實驗室，以進行兼容性認證之既省錢又省時間的良策。

常頻譜分析儀所能涵蓋到的3~20GHz之頻段適用于檢查衛星通訊系統與通訊設備的運作測試，以及進行無線系統執行和故障修復的任務。故知通訊產業已成為頻譜分析儀市場成長性zui重要的應用市場區隔，因為現在此一應用產業正持續地顯示出新一代無線網絡與標準必須通過電磁干擾的測試所帶來的可觀商機（如圖三所示）。

隨著WiMAX、WCDMA、衛星通訊等通訊系統持續地演進，勢將成為未來帶動頻譜分析儀市場規模成長性的主力先鋒。盡管頻譜分析儀已經在過去傳統的電磁波干擾分析的應用上聲名大噪，然而自從市場上引進低價而輕巧的電磁干擾源偵測套件以來，已使得頻譜分析儀更加廣受中多終端使用者的喜愛。其中，主要可歸因于除了手持式電磁干擾源偵測儀器的發展，zui重要的是可搭載電磁干擾源偵測套件與電磁干擾分析應用軟件的頻譜分析儀。雖然手持式電磁干擾源偵測儀器有其輕巧的可移植性與移動性，然而論及電磁干擾分析之功能與性能的完整性而言，則非屬可搭載電磁干擾源偵測套件與電磁干擾分析應用軟件的頻譜分析儀不足以成局。不論未來的手持式電磁干擾源偵測儀器的使用量進展有多快速，大多數的頻譜分析儀廠商必然會體認到其主要的營收貢獻回受到過去以來的使用習慣之產品適用性所支配，尤其對于研發工程師而言更是成為降低使用成本的首要選項。即使現在的市場上有了可行的替代方案，已趨成熟的頻譜分析儀市場也將持續的保有適度的成長動力，就是因為電磁兼容性的測試的重要性與市場潛力不可小覷之故。隨著高度的市場競爭性與價格的靈敏度，廠商往往必須了解到開發具有足夠的功能性與性能之產品是地重要，否則就無法滿足zui多客戶或中端使用者的測試需求。

電磁干擾的量測原理之回顧

盡管電子與電機產業的發展趨勢有越來越多的電磁干擾挑戰亟待克服，已有種種的解決方案被發展出以處理過去以來*的電磁干擾問題。然而就營銷研究的觀點而言，可透過適當的系統化追溯之步驟將電磁干擾源之技術性需求的市場予以分解為區隔、標示和定位等階段。因此，在診斷電磁干擾問題市場區隔階段的當務之急是確認并量測出導致通訊效能惡化的干擾訊號源、區別出靜態與動態的干擾訊號，以找出其內部與外部的干擾源，在此我們將運用頻譜分析儀來闡述電磁干擾的量測原理。為了符合zui嚴謹的電磁安全之認證標準，每一項電子產品皆須通過zui完整的兼容性、安全性與EMI/RF測試。特別是在提交產品到EMI實驗室進行zui后的認證之前，尤須考慮到節省時間與成本效率，以求大幅縮短上市的時間而能夠快速地將新產品在各地區之市場展開*的行動。因此，只要擁有一套頻譜分析儀的電磁干擾診斷分析的解決方案，則電子產品的造商將能夠輕松地建立其電磁干擾測試的生產線，而電子系統的研發工程師則可在具備充足的技術性能耐之下，藉由輻射性或傳導性電磁干擾的知識發展出高新的技術能量，以提升企業的產品競爭力。一般典型的電磁干擾認證測試活動通常在電磁干擾量測的密閉室（RF Chamber）或空曠場地（Open Side）上進行，只要利用接收天線往往就能捕捉到距離 8 到 10 公尺遠的電磁干擾放射源，此意謂著電磁干擾放射源可能來自于待測組件內部的任何一個位置點，因此用天線就可接收到任何來自于上方下面或是左右兩側所發出的電磁干擾放射源，如圖四所示。

在作法上可將待測組件置于旋轉臺上，而接收天線可設在距離待測組件遠達10公尺之處，且可隨意調整其電波指向的傾斜姿態，同時須把天線的輸出端連接到置于在屏蔽室內的頻譜分析儀并確保其隔離環境下之*接地性。在量測過程中，置于旋轉臺上的待測組件保持360度旋轉，如此可確保天線能夠捕捉到全向來源的電磁干擾放射信號，其中該天線也具有上下升降調整的功能以利于觀察到來自上方的電磁干擾放射源。然而，整個電磁干擾測試結果卻無法精準地辨別出在待測組件上詳細的電磁干擾放射源位置，特別是當電磁干擾放射信號太強而難以調整時，就必須事先確認調降電磁干擾放射信號，此時近場電磁干擾偵測套件即可用來找出待測組件上的電磁干擾放射源。

GKT-006是一款可連接到所有頻譜分析儀上來進行電磁場偵測的近場偵測套件，電磁干擾偵測的進行是用偵測探棒或探針來貼近待測組件，如圖五所示。當用偵測探棒或探針來貼近電磁干擾放射源時，電磁場會經由偵測探棒或探針的感應而在頻譜分析儀上顯示出電磁干擾放射信號的強度，因此而可將電磁干擾放射源作精確的定位。在操作過程中所用到的偵測探棒或探針之應用原理系藉由電磁場感應而得之非接觸性量測法，而這些偵測探棒或探針則是由塑料外殼所包覆，奇特點在于避免與待測組件碰觸而產生不必要的短路風險。在診斷分析的應用彈性考慮方面，可因應不同頻率與待測組件外型大小的需要來選用合適的偵測探棒或探針。

探針式的偵測套件是一種直接接觸性量測工具，可經由偵測探針頭直接測試電路，即使在未接地處理的偵測探針上，仍可精確地量測到到無線射頻訊號，故其特色為點測試與精準定位電磁干擾放射源。頻譜分析儀是目前zui廣泛被應用在電磁干擾放射源量測的主要儀器，頻譜分析儀是能夠有效提供攸關訊號頻率與強度資訊的量測工具。運用可移動式的偵測套件可以快速且精準地定位電磁干擾放射源，同時在診斷分析過程中可徑行使用頻譜分析儀"Peak  Hold"的追蹤模式來精確紀錄下電磁干擾放射信號的相關信息。值得一提的是，當要量測的電磁干擾放射源信號太弱時，可加裝前置放大器來放大電磁干擾放射源信號以便于量測。GSP-830 頻譜分析儀本身即是自動化測試儀器而無須外加計算機的控制，使用者可輕松地透過面板上的鍵盤來定義其所需的宏，并將大部分設定值存入序列集之中，而每個序列則包含各自的中止指令可供在量測的瞬間觀察量測結果的功能。透過配備電磁干擾濾波器的頻譜分析儀可快速執行 EMI 的前測工作，這是 GW  Instek 在 EMI 診斷測試上所提供的*解決方案（如圖六所示）。

EMI量測的接口與裝置連接步驟

這種電磁干擾放射源的偵測套件依據其所適合的量測特性搭配不同類型的連接器，一旦偵測探棒或探針要連接到頻譜分析儀時，就必須考慮其所適用的轉接頭規格，茲列舉幾種可行的連接架構如下：

1. 當線圈式偵測探棒  ANT-01,  ANT-02  and  ANT-03 連接上頻譜分析儀時，就須用到一個N對BNC的轉接頭（ADP-01），因為這些偵測套件吻合  BNC型的接頭規格，同時接到GKT-006上的纜線也必須配妥其兩端的BNC接頭。

 （備注:這種電磁干擾放射源的偵測探棒或探針可用于捕捉電視機或收音機周圍的信號，而這些周圍信號一般被視為前測中的背景噪聲。）

 （備注：由于一般示波器的輸入阻抗并非 50 歐姆而會造成相當大之量測誤差，因此無法用作無線射頻的偵測套件。）

 2. 當使用偵測探針  PR-03 于點測試以追蹤電路的導電特性時，須將 SMA 無線射頻纜線與 ADP-02 （N 對 SMA轉接頭）依圖十一所示的方式予以連接。

范例一（電路板件的簡易測試）

圖十二是一個應用線圈探棒來進行簡易量測電磁干擾放射源的實際范例，在此范例中會用到ANT-01、BNC纜線、ADP-01和一個20dB 前置放大器  （GAP-802）來捕捉一套切換式電源模塊的電磁干擾放射源，其中3GHz 頻譜分析儀GSP-830在本量測范例發揮了關鍵性的作用。

范例二（設備機臺進階測試的前測工具）

在半導體制程上往往須仰賴高精度的機械手臂精準抓取芯片或大型的液晶面板玻璃，然而由于電磁干擾的因素而造成原始的自動化程序產生錯誤碼，勢將擴大制程失敗的損失成本，因此制程設備公司往往會運用動態的測試機臺來模擬各種電磁干擾的現象。其探討輻射性與傳導性電磁干擾放射的影響即可由實驗設計來進行，傳導性電磁干擾放射實驗的架構簡述如下：

就GSP-830頻譜分析儀之電磁干擾診斷分析工具裝置的架設而言，其所提供的設定涵蓋了兩組基本的應用頻 段 ， 亦即在120KHz的解析度頻寬RBW之下的30MHz~300MHz與300MHz~1GHz。首先，鍵入"Trace"功能鍵并按選"Peak"功能來找出zui大的噪聲準位之主要來源。其次，進入"More"之選項后再鍵入  "Detection" 功能鍵即可得出基本的測試結果。至于需要進一步之進階測試項目的話，我們可選定噪聲之主要來源的峰值位置  （例如120MHz），將其設定為中心頻率后并展頻范圍4MHz，然后在按"Detection"功能鍵并鍵入"Quasi -Peak"之功能項，zui后在按選"AVG"之功能項即可找到其zui大的噪聲之平均值。

傳導性電磁干擾之量測系統

一般的噪聲干擾源可分為共模噪聲與差模噪聲，其中這兩個噪聲干擾源成份則是由其個別之電流貢獻所產生，故此雜訊藉助于線阻抗穩定化網路（line impedance stabilization network, LISN）萃取得出（如圖十所示）。且其在引入噪聲隔離器之后的量測值即可在頻譜分析儀上得出。

如何判斷出EMI與RFI的良策

就電磁波的傳導方式而論，電磁噪聲可分為輻射性與傳導性兩種噪聲源，而三種構成噪聲干擾的關鍵要素則包含了噪聲的產生來源、被噪聲所干擾的對象與噪聲的傳播路徑，其中噪聲干擾源可能是來自于局部端點、遠場端點、鄰近的電力線或是天線等，針對這些問題，有三種原則可用以處理電磁干擾的難題。首先，盡可能避開噪聲的產生來源。其次，可透過建立抗電磁干擾機制或裝置來保護易受干擾對象如TV、PC，或通訊系統等，而zui后的重點是設法讓噪聲的傳播路徑被*阻擋或降低其傳播機率。許多產業界往往需要EMI的認證標準規范以符合市場上所*的電磁兼容性，這種被核準的EMI標準對于大多數的客戶來說是非常重要的，因為每個交易的電子產品系統皆必須從各個不同的廠商所提供的EMI防護措施以確保其產品功能的正常運作。EMI除錯偵測無異于一般的對象之電磁特性測試，它能在正式的認證程序進行之前帶給所有完成充分準備的應用工程師令人激賞的經驗。然而對那些未充分準備前測者而言，正式的認證程序進行則是一樁冒險的工作。不幸的是， 在快速變動的EMI/EMC產業中 ，EMI/EMC的認證測試準備不足所產生的瓶頸成本往往

衍生了更多產品上市之機會成本。因為EMI/EMC的認證測試失敗而必須重新規劃新的認證測試，往往意謂著產品上市的營收損失及其因延誤商機而增加的機會成本。

產品上市的營收損失及其因延誤商機而增加的機會成本往往是取決于EMI/EMC的測試認證能否快速通過，許多公司因為體認到這個事實而愿意大力投資EMI/EMC測試認證的前測活動，以確保地就能夠快速通過測試認證的審核作業。因為在產品離開公司之前而找出的產品

設計錯誤往往可能是事半功倍，一旦產品流入EMI/EMC測試認證實驗室之后就會有導致亡羊補牢的風險，只有擁有一部高效能的EMI/EMC測試認證的前測設備才能確保降低更多無謂的損失。由于EMI/EMC測試認證實驗室往往是采用自動化的測試系統，且EMI/EMC測試的作業比起傳統的備用開發測試系統更具有完整性，而要求大部分的工程師*地測試其設計似乎是勞師動眾且所費不眥。

基于上述的種種緣故，GSP-830提供了所有攸關EMI/EMC 的 測 試 認 證 作 業 的工 程 師 一 套 全 方 位 的EMI/EMC前測工具，GSP-830所搭載之*的EMI掃描式量測軟件可以快速滿足許多重要的產業規格需求，同時在固緯電子的精簡產品包裝中內含EMI軟件能夠使得工程師快速找到EMI/EMC的問題。有了這套測試設備，則在種種量測上所需要的人力配置上即可完善地納入現場作業，以支持各種必要性的電磁干擾針斷分析。則在GSP-830上可進行的高速量測作業，可以讓工程師*地貼近真實的EMI/EMC認證測試作業，而其快速地點檢大量規格的功能足以大幅降低認證測試中意外失敗的機率。憑借著固緯電子所提供的GSP-830頻譜分析儀，則從9kHz到3GHz的操作頻率范圍中，可以幫助天線設計開發工程師發出*的EMI/EMC測試流程，以提高噪聲偵測的的效能。地擴大訊號量測上的搜尋范圍，高階的用戶接口環境更帶給所有的研發工作者一個*的視訊體驗，而多樣化的功能則使得量測工作變得更容易且精準。GSP-830所提供的不僅是全市場上zui大的性能對價格比值，而運用GSP-830作為EMI/EMC認證測試程序上的前測工具，將可有效地消除在認證實驗室中進行EMI測試之后量測運算上所造成的誤差。GSP-830在主導EMI量測上已取得之足夠的優勢，以進一步推升到能夠涵蓋到zui多電子應用領域的EMI/EMC測試產業，對于大多數亟待短時間內快速通過EMI/EMC認證測試程序的產品上市計劃而言，不啻是一項重大的福音。而在EMI/EMC認證測試程序的過程中若有任何問題產生，亦可透過快速的電路解析工具來排除各種疑難雜癥，GSP-830不僅能夠協助zui多的工程師找到并解決惱人的EMI/EMC難題，進而避免了面臨過時儀器與功能性不足的量測系統而產生的挫折感。

結論與建議

由于種種高階技術整合的因素，使得預防性的EMI 防護工作已然成為在設計電子與儀器產品上的盲點，同時近年來由于PC與通訊產業的發展一日千里，也使得越來越多的電子產品的工作頻率由數個MHz迅速竄升到數個GHz。為了使電子產品在運作上能夠降低至zui小的訊號干擾程度，有必要制定出zui嚴格的EMI標準，特別是在EMI外泄或是從任何電子產品所散射出的電磁輻射量的規格，都必須在成功地完成電子系統之設計與開發之后遵循各國所訂出的EMI標準規范。而為了獲致電子產品的快速上市，各個制造業廠家無不使出渾身解數，因而往往在EMI/EMC認證測試程序之正式送測前花費可觀的成本企求在通過EMI/EMC認證測試程序找到并解決掉EMI干擾源的問題。固緯電子所提供的GSP-830頻譜分析儀上，搭載著GKT-006偵測套件中包含了四種偵測器、兩個轉接頭與兩條無線射頻纜線，將此偵測套件連接上一部頻譜分析儀，則定位在待測組件上的電磁干擾放射源將是易如反掌的工作。GKT-006偵測套件是一款高效能的診斷分析工具，它能夠讓任何送到電磁干擾實測前的故障維修與前測工作暢行無阻。另一方面，在電子制造業或半導體生產線設備機臺的進階測試上，亦可透過輻射性與傳導性電磁干擾放射的實驗設計來架構出高效能的電磁干擾故障分析。

EMI介紹

對雜訊區分

1）  傳導妨害波：經過電源線傳導出去的電波，頻率30MHz以下者稱之。

2）  輻射妨害波及其直接輻射出去的電磁波，從30MHz～1GHz皆為管制對象。

EMI測量的相關規定

1）              EMI所測量的項目，30MHz以下所測量的為電源傳導，30MHz-1GHz所測量的為輻射傳導。

2）              在測定儀器設定必須在RBW = 9K & 120KHz下達成下面的目標。根據EMI測試的基本硬件要求，頻譜分析儀必須配置EMI濾波器（預選器），以達到EMI接收機的測試基本條件：

A.     峰峰值、平均值和準峰值檢波器功能；

B.      RBW:9KHz和120KHz的EMI濾波器，

C.      3.6dB帶寬；

此環境必須在背景雜訊極低的條件場所或隔離外界干擾源之環境底下才能得到量測標準值。

設備配置及報價

蘇州德計儀器儀表有限公司

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