【導讀】近場(chǎng)探棒(near-field probe)在找出電路板、纜線(xiàn)和外殼中的電磁輻射源時(shí)相當有用；但某些狀況下，經(jīng)過(guò)近場(chǎng)探棒偵測而顯示在頻譜分析儀上的信號，會(huì )產(chǎn)生誤導。通過(guò)一些經(jīng)驗，你將知道如何克服這些問(wèn)題。
近場(chǎng)探棒為疑難解答工具，首先你必須確定產(chǎn)品有電磁干擾的問(wèn)題，通常會(huì )在兼容性測試(compliance test )或預先認證(pre-compliance)檢測時(shí)發(fā)現。應先透過(guò)遠場(chǎng)測量，找出超過(guò)法規限制輻射量要求的頻率，然后再找出輻射源。
產(chǎn)品調試測試––電路板
假設你的產(chǎn)品超過(guò)輻射標準，而且您試圖找出原因，可試試以下方法。若想找到電路板的輻射源，你可能需要在頻譜分析儀上連接一個(gè)簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)探棒 (圖1)，然后手動(dòng)拿著(zhù)探棒在電路板四處檢測，或是使用自動(dòng)探棒測試器(automated probe station)近距離檢查。當探棒掃過(guò)電路板時(shí)，頻譜分析儀將會(huì )顯示振幅最大的干擾諧波(offending harmonics)在何處。當你發(fā)現高次諧波(higher harmonic)時(shí)，你就會(huì )說(shuō)“啊哈，我找到它了。”
圖1 近場(chǎng)探棒組可能包含三種尺寸的磁場(chǎng)探棒(H-Field) 及一組電場(chǎng)探棒(E-Field) 。(圖片來(lái)源：ETS-Lindgren)
在你真的確認是否有遠場(chǎng)干擾輻射源前，必須考慮以下兩件事：
- 哪些因素造成探棒找到這些信號？
- 測試的地點(diǎn)是否為傳播場(chǎng)(propagating field) ？
磁場(chǎng)由電流所產(chǎn)生，在已知頻率下無(wú)論電流多高，你可在頻譜分析儀上看到測量出的峰值(peak)。高電流的狀況可能會(huì )發(fā)生在電路板的線(xiàn)路上或是芯片內部等。
你必須注意印刷電路板的堆疊方式，用近場(chǎng)探棒檢測層數較少的電路板較為容易。然而，碰到線(xiàn)路密度分布高的電路板，特別是堆疊很多層的板子，還有在不同層采用不同電流源的狀況下，透過(guò)近場(chǎng)探棒作檢測會(huì )變得比較困難，需要特別留意與分析。
這里有其它可能原因造成高頻時(shí)產(chǎn)生高電流的狀況。如果你只是在離電路板高一點(diǎn)的位置找高近場(chǎng)(high near-fields)，你可能會(huì )認為是去耦電容(decoupling capacitor)造成高度輻射。在下此結論之前，先考慮一下去耦電容本身的功能。
去耦電容是為了在電路板電源層 (power plane)和接地層(ground plane)間(或線(xiàn)路間)的高頻環(huán)境下產(chǎn)生低阻抗路徑(low impedance path)，防止高頻噪聲電壓產(chǎn)生。若有任何噪聲電壓產(chǎn)生(例如由芯片所產(chǎn)生的)，都會(huì )在電容中發(fā)現低阻抗路徑。
這代表電容將會(huì )導入電流來(lái)降低噪聲電壓。因為電容的功能就是導入電流而控制電源層和接地層的噪聲，因此，近場(chǎng)磁探棒可以在電容間探測到較大的近場(chǎng)(greater near fields)。這并非代表電容會(huì )造成問(wèn)題，而是電容在執行本身應有的功能。
其次，不是所有的近場(chǎng)都會(huì )傳播。透過(guò)數學(xué)的證明方法已經(jīng)超出了本文的范圍，但非傳播式的近場(chǎng)只能儲存能量。使用近場(chǎng)探棒，你無(wú)法確定近場(chǎng)測量是傳播或非傳播式。這并不意味著(zhù)近場(chǎng)磁探棒沒(méi)有幫助，它只是告訴我們在下結論前時(shí)須先謹慎思考。
產(chǎn)品調試測試––外殼屏蔽
另一種很常見(jiàn)的調試方式是使用磁探棒在屏蔽內四處“嗅探”干擾輻射波由何處泄出，因為表面電流(surface currents)無(wú)法穿透外殼屏蔽(shielded enclosure)的結構縫隙，而會(huì )圍繞著(zhù)這些孔隙，而磁探棒通?？梢愿袦y到。目前這種測試的結果都很良好。
如果是大型屏蔽(electrically large，在頻率方面大于1/4波長(cháng))，并存在噪聲電流，便會(huì )產(chǎn)生駐波，這取決于外殼大小。如果頻率對應的外殼尺寸是1/2波長(cháng)，即使附近沒(méi)有孔隙，駐波也會(huì )在外殼達到最強。這種情況讓多名EMC工程師猜想輻射波也許由屏蔽的金屬墻穿透，而非透過(guò)孔隙。
由于集膚效應(skin effect)，射頻電流通常不能穿越屏蔽的金屬墻，而必須透過(guò)孔隙或是纜線(xiàn)/連接器而穿透出去。在此例中，磁場(chǎng)探棒的高讀取無(wú)法找出噪聲泄漏點(diǎn)。
測量可適當地安撫情緒。但是，你應當了解測量方式，以確保你的測量結果符合原先的需求，還有做出的結論合理且符合物理原則。切勿盲目地接受測量結果，并且依此驟下結論。
總歸一句，當去耦電容的設計適當、且連接電感(connection inductance)最小化時(shí)，其使用的好處會(huì )比壞處多。
本文來(lái)源于電子技術(shù)設計。
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