中心議題：

• 極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)
• EMI近場(chǎng)輻射特性：SSCG示例
• EMI近場(chǎng)輻射特性：新一代串行解串器例子

汽車(chē)工程師不斷面臨著(zhù)降低電磁干擾和確保所有汽車(chē)電子系統的電磁兼容的挑戰。如果引入了新器件但沒(méi)有進(jìn)行充分的測試，后果嚴重。本文通過(guò)兩個(gè)實(shí)例，圖解采用極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)，可通過(guò)一個(gè)桌面系統來(lái)計量并立即顯示輻射的空間和頻譜特性，避免以后在更高費用的模塊、系統或整車(chē)級測試中出現問(wèn)題。

汽車(chē)電子系統對于供應商提供的芯片和印制電路板的電磁輻射特別敏感。因此，SAE（原汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )）已經(jīng)定義測試規范并建立滿(mǎn)足電磁兼容（EMC）和電磁干擾（EMI）的需求，并對其進(jìn)行了不斷的完善。采用極近場(chǎng)EM掃描技術(shù)，供應商的設計團隊可以通過(guò)一個(gè)桌面系統來(lái)計量并立即顯示輻射的空間和頻譜特性，避免以后在更高費用的模塊、系統或整車(chē)級測試中出現問(wèn)題。

本文討論幾個(gè)能夠展示這種測試價(jià)值的例子。第一個(gè)例子是關(guān)于“擴頻時(shí)鐘發(fā)生器（SSCG）”的輻射特性，分別在“關(guān)”和“開(kāi)”的狀況下對其掃描。在第二個(gè)例子中，設計團隊對比了第二代半雙工串行解串器（串行器/解串器）系統與第三代全雙工系統。結果驗證了新一代功能及其優(yōu)勢，不但幫助客戶(hù)縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并在客戶(hù)中產(chǎn)生了積極的影響。

極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)

快速磁性極近場(chǎng)測量?jì)x器可以捕獲和顯示頻譜和實(shí)時(shí)空間掃描結果的可視圖像。芯片廠(chǎng)商和PCB設計工程師可以?huà)呙枞魏我粔K電路板，并識別出50kHz至4GHz頻率范圍內的恒定或時(shí)基的輻射源。這種掃描技術(shù)有助于快速解決廣泛的電磁設計問(wèn)題，包括濾波、屏蔽、共模、電流分布、抗干擾性和寬帶噪聲。

在任何新PCB的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設計工程師都必須找出設計之外的輻射體或射頻泄漏，并對其進(jìn)行描述和處理以通過(guò)一致性測試?？赡艿妮椛潴w包括高速、大功率器件以及具有高密度或高復雜度的器件。掃描系統以疊加在Gerber文件上的形式顯示空間輻射特性，因此測試人員可以準確地找出所有輻射問(wèn)題的來(lái)源。設計工程師可以在采取了相應的解決措施之后，對器件進(jìn)行重新測試并立即量化出校正設計后的效果。

掃描系統由一個(gè)掃描儀、小型適配器、一個(gè)客戶(hù)提供的頻譜分析儀和運行掃描系統軟件的PC組成。臺式掃描儀包括2，436條回路，可產(chǎn)生1，218個(gè)間隔為7.5mm的磁場(chǎng)探針，形成一個(gè)電子開(kāi)關(guān)陣列并提供高達3.75mm的分辨率。系統工作頻率范圍為50kHz至4GHz，通過(guò)可選的軟件密鑰啟用。

這樣，用戶(hù)就可以自行對設計進(jìn)行測試，而不必依賴(lài)另外一個(gè)部門(mén)、測試工程師或進(jìn)行耗時(shí)的場(chǎng)外測試。工程師甚至可以在診斷一個(gè)間歇故障之后，對設計進(jìn)行更改，很快再進(jìn)行測試。測試的結果可以對設計更改的影響進(jìn)行精確的驗證。

借助掃描系統，電路板設計工程師可以預先測試和解決電磁兼容問(wèn)題，從而避免產(chǎn)生非預期的一致性測試結果。掃描儀的診斷功能可以幫助設計團隊將輻射測試時(shí)間縮短兩個(gè)數量級以上。

EMI近場(chǎng)輻射特性：SSCG示例

某一大型半導體廠(chǎng)商在解串器的并行總線(xiàn)上實(shí)現了SSCG功能。SSCG功能能夠通過(guò)將輻射峰值能量擴展到更寬的頻帶上來(lái)減少輻射。如下面的圖1所示，頻率變化發(fā)生在額定時(shí)鐘中心頻率（中心擴頻調制）附近，擴展的頻譜為正或負1.0%（fdev）。在接收器并行總線(xiàn)端，輸出以千赫茲（fmod）的調制速率隨時(shí)間調制時(shí)鐘頻率和數據頻譜。定制的串行解串器芯片組的目標客戶(hù)是要求所安裝電子設備具有低EMI輻射特性的汽車(chē)廠(chǎng)商。

該公司期望用令人信服的量化證據來(lái)向汽車(chē)廠(chǎng)商說(shuō)明SSCG功能可以有效降低EMI輻射。為了實(shí)現這個(gè)目標，設計團隊首先在SSCG功能為“關(guān)”的情況下將待測器件（DUT）放其內部掃描儀上，加電，然后在PC中捕獲輻射特性。為了進(jìn)行有效的對比，在打開(kāi)SSCG功能的情況下，對同一待測器件進(jìn)行了掃描。

極近場(chǎng)掃描系統完成了空間和頻譜掃描后顯示并生成了以下輻射特性圖。需注意的是，掃描結果疊加在Gerber設計文件上，因此這樣對結果進(jìn)行分析可以立即確定待測器件中的具體輻射體。圖2顯示了SSCG功能為“關(guān)”時(shí)待測器件的輻射特性。

[page]
圖3為SSCG功能為“開(kāi)”時(shí)待測設備輻射的空間和頻譜（幅度與頻率）特性。通過(guò)對比，可以發(fā)現輻射已經(jīng)顯著(zhù)減少。

對測試結果進(jìn)行比較之后，設計團隊發(fā)現由于使用了SSCG功能導致電磁輻射顯著(zhù)減少。汽車(chē)電子工程師最大的挑戰在于減少EMI輻射?？蛻?hù)支持團隊每次向汽車(chē)廠(chǎng)商客戶(hù)展示這些結果時(shí)，他們普遍都表現出了極大的興趣。任何降低EMI的功能（此案例中為SSCG功能）都可以縮短上市時(shí)間、降低屏蔽和成本支出。

EMI近場(chǎng)輻射特性：新一代串行解串器例子

這是同一家半導體供應商的第二個(gè)例子，該公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)通過(guò)串行解串器進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)傳輸的第二代芯片組解決方案。在第三代芯片組中，設計團隊采用了一種不同的技術(shù)并升級了傳輸能力。他們將雙向控制通道一起嵌入高速串行鏈路中，從而實(shí)現了雙向傳輸（全雙工）。

為了量化比較半雙工解串器與新一代全雙工設計的輻射特性，設計團隊再次使用了內部的EMI極近場(chǎng)掃描儀。他們將原來(lái)的半雙工板放在掃描儀上，進(jìn)行基線(xiàn)測量。對待測器件加電后，他們在PC上激活了掃描儀。（參見(jiàn)圖4）


采用同樣的測試設置，設計團隊用新一代全雙工芯片組板替代了基線(xiàn)板，同時(shí)也針對每一條特性保持了同樣的規格。如上文所述，需注意的是，空間掃描疊加在每次生成的Gerber設計文件上，以幫助工程師可以確定任何存在的輻射源。
[page]
基線(xiàn)（半雙工）系統的空間和頻譜特性如圖5所示。圖6展示了全雙工模式下的輻射掃描結果。

設計團隊對空間掃描結果和頻譜掃描結果進(jìn)行了仔細的對比。很多人可能認為輻射特性會(huì )由于擴展的雙向傳輸功能而呈現出更高的電磁輸出。而實(shí)際上，與基線(xiàn)相比，全雙工模式下沒(méi)有出現尖峰信號并且峰值輻射基本相似，甚至其EMI特性還略有改進(jìn)（空間掃描結果呈現更深的藍色）。測試結果證明全雙工模式的新芯片組未出現明顯的變化（見(jiàn)圖3），設計團隊在沒(méi)有采取任何額外緩解措施的情況下實(shí)現了全雙工功能。

這些測試是利用這家半導體公司的內部極近場(chǎng)掃描系統進(jìn)行的。在短短的幾分鐘內， 就獲得了上文所示的結果。因為輻射特性結果清楚的展示了其優(yōu)越的性能，設計無(wú)需采取任何額外的緩解措施。

相比而言，要在第三方測試箱中測試新設計，就要求工程師前往場(chǎng)外測試場(chǎng)所，并會(huì )耗費大半天的時(shí)間。使用測試箱往往需要提前幾周安排，這會(huì )給開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)極大的延誤。

極近場(chǎng)掃描解決方案不會(huì )替代在測試箱中測試設計的需求。不過(guò)，這種儀器可以在簡(jiǎn)便的桌面系統中實(shí)現快速的前后一致性測試功能。

與在測試箱中進(jìn)行的遠場(chǎng)測量相比，極近場(chǎng)EMI特性可以提供實(shí)時(shí)反饋。此外，這些測量結果與在測試箱中測得的遠場(chǎng)測量結果具有很高的相關(guān)性。因此，諸如EMxpert等極近場(chǎng)儀器可以減少在測試箱中進(jìn)行類(lèi)似測試的數量?？傊?，這可以幫助設計團隊加快測試進(jìn)程，更快地得到測試箱測試的一致性測試結果。

本文小結

汽車(chē)工程師不斷面臨著(zhù)降低電磁干擾和確保所有汽車(chē)電子系統的電磁兼容的挑戰。如果引入了新器件但沒(méi)有進(jìn)行充分的測試，這些工作就會(huì )越來(lái)越困難。當供應商能夠有力證明新功能可以像上文的兩個(gè)例子所示一樣具有降低EMI的效果時(shí)，就能引起客戶(hù)極大的興趣。

在上文的兩個(gè)例子中，供應商提供的結果顯示采用了SSCG功能可以降低EMI，同時(shí)在新一代串行解串器例子中其輻射特性則沒(méi)有變化。因此，極近場(chǎng)EM掃描可以縮短每個(gè)產(chǎn)品的設計周期，無(wú)需采取任何額外措施并為汽車(chē)廠(chǎng)商降低成本。

對于供應商而言，極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)可以實(shí)現極具說(shuō)服力的頻譜掃描，并且可以直觀(guān)的把空間掃描結果疊加在Gerber設計文件上。這些功能可以幫助設計工程師記錄和測量其產(chǎn)品新功能組的EMI特性。設計工程師繼而可以在采取了新的緩解措施或者其它設計變更后快速的進(jìn)行重新測試。因此，供應商設計團隊也縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，而極具說(shuō)服力的掃描結果可以使方案得到汽車(chē)廠(chǎng)商更快的采納。