【产品】EMI 故障诊断：近场探头的选择与应用

时间： 2016-03-14 来源：Keysight

概述

近场电磁干扰 (EMI) 测试是电磁兼容性 (EMC) 辐射发射预兼容测试中的一个重要组成。EMI 机构使用 EMI 接收机和经过准确校准的天线来测试 3 或 10 米距离上的器件。这称为远场测量。电磁场的特性主要由被测器件 (DUT) 以及它与接收机和天线的距离决定。远场辐射发射测量可以准确地告诉我们被测器件是否符合相应的 EMC/EMI 标准。

但是，远场测试也有一些局限性。它无法告诉工程师，严重的辐射问题到底是来自于USB、LAN 之类的通信接口，还是来自壳体的缝隙，或来自连接的电缆乃至电源线。在这种情况下，我们只能使用频谱分析仪和近场探头，通过近场测试来定位这些发射源。近场测试是一种相对量测试，这意味着它需要把被测器件的测试结果与基准器件的测试结果进行比较，以预测被测器件通过一致性测试的可能性。需要注意的是，比较近场测试结果与 EMI 标准测试极限是没有意义的，因为测试读数受许多因素的影响，包括探头位置和被测器件的形状等。

本应用指南将介绍各种近场探头的特点，并解释了它们在定位、评测可能的发射源以及对其进行故障诊断方面的特殊优势。

近场探头介绍

电磁场是由电场 (E 场) 和磁场 (H 场) 结合形成的。工程师可使用各种探头来检测每类场中的发射。

磁场探头磁场发射源通常来自芯片组引脚、印刷电路板导线、电源线或信号线，或没有良好接地的金属盖。磁场探头的感应元件是一个与发射导线或电线电感耦合的简易线圈。磁场探头在它的回路与载流电线对齐时，提供频谱分析仪的最大输出电压。在诊断 EMI 的故障时，工程师需要在被测器件的表面旋转和移动探头，以确定探头在功率读数达到最大值时的位置，同时避免遗漏重要的发射源。

电场探头电场主要来源于未使用负载端接的电缆和电线，以及通向高阻抗逻辑电路的印刷电路板导线 (可能是逻辑集成电路的高阻抗输入或三相输出)。最简单的电场探头实质上就是一个小型天线。电场探头能够很方便地探测空中信号，例如蜂窝下行链路信号。这些大功率空中信号可能需要增加衰减，以防频谱分析仪过载。不过，增加衰减将会影响频谱分析仪的灵敏度。

选择探头类型在远场测试中，被测器件和天线之间的距离决定了场强的大小。当探头靠近发射源时，电流、电压、形状和材料等特性将成为决定场强的主要因素。如果辐射是来自高电压、弱电流的电路或元器件，那么电场在 EMI 近场中将起到主要作用。如果部分被测器件中电流很强而电压较低，那么磁场将起到主要作用。在近场测试中，当探头逐渐远离被测器件时，磁场衰落的速度比电场更快。因此，磁场探头更多地用于在近场测试中定位发射目标。

选择磁场探头

选择近场测试探头往往要考虑几个重要因素，包括探头灵敏度、分辨率和频率响应等。

灵敏度与频谱分析仪不同，近场探头的灵敏度不是一个绝对值。因此，工程师需要将频谱分析仪和探头视为一个整体系统来测试其灵敏度。整个系统应能够轻松地探测到很小的发射，并有足够的裕量来观测硬件变动前后发射的变化。

分辨率

探头的分辨率对于定位发射源至关重要。通常来说，探头的灵敏度和分辨率是一对矛盾体。例如，尺寸越大的磁场探头，灵敏度往往越高，探测发射的区域越大，但其分辨率会越低，从而难以准确地分辨发射源。因此，最好是先使用尺寸较大、灵敏度较高的探头来执行EMI 测试，捕获和确定发射源的大致区域，然后使用尺寸较小但分辨率较高的探头来确定发射源的准确位置。为此，推荐您配备多种探头。

频率响应频率响应是一个经常会被忽略的重要因素。频率响应是给定探头在测量相同幅度、不同频率的信号时得到的幅度差。当使用天线测试磁场时，更重要的是精确测量场强，而不是测量频率响应。

在进行近场测试的过程中，探头的角度以及探头与被测器件之间的距离都会改变，因此使测量场强的绝对值失去了意义。数据结果的比较非常重要，它可以帮助工程师找到产生最大发射的频率点。例如，如果频率响应在一个特定频率上出现很大衰减，那么在该频率上的高发射可能远远低于信号分析仪上的发射，因而被忽视。

其他特性探头的形状和多样性也是选择探头时需要考虑的重要因素。除了上面介绍的常规的电场和磁场探头之外，工程师可能还需要一些专用探头，用来实施先进的 EMI 故障诊断。专用探头通常用于寻找并屏蔽可能的发射源。例如，工程师可能需要借助专用的探头，才能发现耦合到电缆或电线，并辐射到被测器件其他部分的发射。如果干扰信号通过电缆发射，那么使用常规的磁场和电场探头是很难探测到这些干扰信号的。

KEYSIGHT N9311X-100 近场探头组

Keysight N9311X-100 近场探头组覆盖 30 MHz 至 3 GHz 的频率范围，可用于构建经济高效的EMI 故障诊断解决方案，来解决各种 EMI 问题。这款探头组中包含四种探头 (见表1)，通过与功能强大的 EMI 预兼容测量软件和 Keysight X 系列信号分析仪结合使用，在灵敏度、分辨率和多样性三方面达到完美平衡。

表 1 N9311X-100 探头组中四种探头的技术参数

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型号- U8480,B2911B,N9321C-TG4,CXG X 系列,N8926A,34460A,N7040A,N5742A,N5766A,N9918B,N9918A,N6735B,N6977A,DSOX6MSO,V8486A,N6953A,N8480,85093D,3012G,N5743A,6800C 系列,3024G,L2050 X 系列,N1914B,N5767A,3000G,N1914A,P9240AUTC,B2900BL,N6976A,N6746B,N443XD,N6734B,N6952A,E5061B ENA 系列,N8948A,34470A,N7042A,N1913B,N1913A,N5744A,N1298B,E5061B ENA,N5768A,N1298C,N3300A,3000G 系列,N1298A,N9916B,N9916A,N8924A,N9928A,D2000AUTB,34939A,N6701C,N8949A,N8925A,N8937A,N7041A,3034G,N1912A,N9000B,N5745A,3022G,N5769A,N2819A,B2901BL,S404A,E36100B 系列,N6700C,N9917B,N9917A,N6736B,N6954A,CXA X,D6000PWRB,8491A,E36150,P9240AERC,N9320B,33509B,N7020A,N1911A,N5746A,N3302A,N2818A,EXR208A,34925A,34937A,82357B,P9240BDLC,U2802A,D6000AUTB,N5181B,8480D 系列,N2142A,N9321C,AC68GPBU,B2902B,3032G,4024A,N5747A,N3303A,U9424B SP4T,S204A,E36150A,8490G,ENA,U9422C SPDT,N6702C,B2901B,N6705C,U2060 X,D2000BDLB,N8928A,33519B,EL30000,N3304A,N5748A,D4000USBB,33600A 系列,34947A,34959A,6000 X 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系列,2000 X 系列,4000 X,33511B,N5166B,EDU36311A,N3300,4104A,E36234A,2022A,N7900,D3000USBB,DSOX-2WAVEGEN,N2820A,U3810,U2600,33510B,U2020 X 系列,N443XD 系列,3014G,33522B,BV9200B,EDU34450A,3498A,E36200 系列,34950A,U9428A SP8T,E36233A,CXG X,EXG,N8480 系列,L2060 X 系列,AC6903L,N2843A,RP7936A,E36100B,AC6903H,EXR,B2900B 系列,D4000PWRB,33521B,N9962A,RP7962A,EPM 系列,3000G X,1000 X 系列,P9377B,AC6804B,EXG X 系列,E4982A,DAQM905A,DAQM909A4,N9950B,N9950A,N8740A,D3000GENB,E36200A,E36103B,N6791A,E 系列,N2842A,AC6912L,B2980B 系列,AC6912H,N9951A,33520B,RP7973A,RP7961A,N2841A,N7007A,53131A,P9243A,P937XA,P937XB,E4981A,U2741A,N9323C-TG7,N9951B,34972A,E36102B,N6790A,EDU33210A 系列,E36320A,N8741A,AC6802B,RP7972A,4000 X 系列,U2000 系列,U9424A,P9240AWGA,P924XA,S254A,E3600 系列,DAQM903A,N9960A,53200 系列,E36311A,N8762A,6000X,E36105B,U7104N,N6781A,U9424C,U2000,U9424B,N2876A,U7104F,E3641A,U2060 X 系列,U7104E,EXR254A,U9428B SP8T,RP7983A,N3300 系列,N7550 系列,AC6803B,DAQM904A,N8900,U2751A,84904L,34970A,N9961A,E36104B,CXG,E36150 系列,N6792A,P 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系列,E36200A 系列,E3643A,N6755A,EDUX,N2780B,E4416A,N9915B,N7976A,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,N7952A,D9110PWRA,E9300,N9915A,N8923A,N6972A,EXR104A,N9927A,N6742B,N8935A,E3630A,4052A,E3642A,N6700 系列,N6766A,N6754A,N2791A,

2022年11月1日 - KEYSIGHT - 选型指南

【经验】使用Keysight频谱分析仪和近场探头进行电路板级的EMC辐射干扰测试

笔者在做EMC电磁干扰试验项目中，做电路板的设计开发过程中，时常遇到各种EMC电磁干扰，为了方便测试电磁干扰源，涉及到使用频谱分析仪测试干扰信号，进行经验分享。Keysight 的N9322频谱分析仪可测量器件或系统的频率功率特征，还可用于测试回波损耗、插入损耗和电压驻波比 (VSWR)，配备专用的近场探头N9311X-100，可用来测试数字量板上的哪里器件超过EMC辐射干扰范围。

2018-07-04 - 设计经验

Keysight（是德科技） EMI 故障诊断:近场探头的选择与应用指南

描述- 本文详细介绍了近场电磁干扰（EMI）测试在电磁兼容性（EMC）辐射发射预兼容测试中的重要性。文章阐述了远场测量的局限性，并强调了近场测试在定位和诊断EMI故障方面的优势。文中深入探讨了磁场探头和电场探头的特点、选择因素，以及Keysight N9311X-100近场探头组的应用。此外，文章还提供了关于EMI测试解决方案和资源的相关信息。

型号- N9311X-100,N9311X

KEYSIGHT - 应用笔记或设计指南

【选型】N9311X-100 4组磁场探头助力EMI故障源查找，区别在哪？

KeySight N9311X-100磁扬探头作为射频微波器件干扰性能测试的一个基本工具，是德N9311X-100,有4组磁场探头，频率范围从：30MHz 至 3GHz.。在近场EMI测试时如何正确使用磁场探头来进行测试，本文就有4组磁场探头测试应用区别介绍。

2019-08-01 - 器件选型

高速模拟PCB设计要注意哪些问题？

印刷电路板（PCB）市场趋势随着数字系统数据速率的不断提高，确保PCB良好的信号完整性性能变得越来越重要。信道损耗是要测量的重要参数之一，以满足高速I/O的信号完整性要求。选择正确的PCB材料,对于避免昂贵的过度设计或面临性能问题的风险非常重要。精确高效的PCB损耗测量方法对于系统设计人员或PCB制造商来说非常重要。

2024-01-30 - 设计经验

Keysight Technologies电源完整性分析仪，参考解决方案

描述- Keysight Technologies推出的功率完整性分析参考解决方案，旨在帮助用户在集成电路设计中优化电源消耗。该方案包括10位、8GHz的Infiniium S系列示波器、专用的N7020A电源轨探头、最高灵敏度的N2820A电流探头等，用于测量和分析DC电源上的AC信号。此外，还提供了N8834A MultiScope应用和N5467B用户自定义应用等软件工具，以实现多通道测量和自动化测量。

型号- S-SERIES,N9311X-100,DSOS204A,N9311X,N5467B,N7020A,N2820A,N8834A

January 7, 2016 - KEYSIGHT - 技术文档

电源完整性分析仪，参考解决方案

描述- Keysight Technologies推出的电源完整性分析参考解决方案，旨在帮助用户在集成电路设计中降低功耗，提高电源质量。该方案包括10位、8GHz的Infiniium S系列示波器、专用的N7020A电源轨探头、高灵敏度N2820A电流探头等硬件，以及N8834A MultiScope应用软件和N5467B用户自定义应用软件等软件。该方案能够帮助用户更轻松地找到和分析DC电源的AC信号，确保电源轨清洁。

型号- S-SERIES,N9311X-100,DSOS204A,N9311X,N5467B,N7020A,N2820A,N8834A

December 1, 2017 - KEYSIGHT - 商品及供应商介绍

N9322C基本频谱分析仪

描述- 本资料为Keysight N9322C基本频谱分析仪的配置指南，详细介绍了该分析仪的订购信息、性能选项、频谱分析功能、解调分析能力、测量能力、附加功能和连接性、可选配件、用户指南、升级服务以及仪器升级等内容。指南旨在帮助用户根据测试需求选择合适的配置选项，确保分析仪满足其测试需求。

型号- N9322CK-1TC,N9322C-ABA,N9322CK-1CP,N9322CK-TMG,N9322CK-BB1,N9322C-ABJ,N9322C-1CM,N9322C-RM7,N9311X-201,N9322C-1CP,N9322CK-ABJ,N9322C-1TC,N9322C-UK6,N9322C-TPN,N9322C-MNT,Y1800A,N9322CK-ABA,N9322C-P07,N9322C-DMA,N9322CK-P07,N9322CK-DMA,N9322C-TMG,N9322C-BB1,N9322CK-RM7,N9322CK-1CM,N9322CK-TPN,N9322CK-MNT,N9322CK-PWM,N9322C-SCN,N9322CK-PWP,N9322C,N9322CK-TG7,N9322CK-SEC,N9322CK-AB2,N9322C-G01,N9322C-EMC,N9311X-100,N9322C-PFR,N9322CK-G01,N9311X-548,N9322CK-SCN,N9322C-AMA,N9322CK-AMA,N9322CK-EMC,N9322C-SEC,N9322C-AB2,N9322C-TG7,N9322C-PWM,N9322C-PWP

March 14, 2018 - KEYSIGHT - 用户指南

N9311X射频和微波配件包，适用于低成本手持和台式解决方案

描述- 该资料介绍了Keysight Technologies, Inc.的N9311X射频和微波附件套件，该套件适用于其低成本手持式和台式解决方案。资料详细列出了不同型号的附件，包括天线、带通滤波器、电缆、适配器、衰减器和校准器等，并提供了它们的频率范围、增益、尺寸、重量等技术参数。此外，还简要介绍了Keysight Technologies的低成本手持式和台式仪器系列。

型号- N9311X-500,N9311X-552,N9311X-501,N9311X-551,N9311X-554,N934XC,N9311X-553,N9311X-504,N9311X,N9311X-550,N9330B,N9320B,N9340B,N9311X-201,N9310A,N9311X-585,N9311X-541,N9311X-562,N9311X-540,N9311X-100,N9311X-543,N9311X-586,N9311X-542,N9311X-581,N9311X-580,N9311X-561,N9311X-583,N9311X-518,N9311X-560,N9311X-582,N9311X-545,N9311X-544,N9311X-547,N9311X-546,N9000A,N9311X-508

January 14, 2020 - KEYSIGHT - 商品及供应商介绍查看更多版本

Keysight Technologies Power Integrity Analyzer，参考解决方案配置指南

描述- 本指南提供了配置Keysight Technologies功率完整性分析器的信息，包括电源轨测量和小功率测量的选项、软件选择、服务、校准和启动辅助。指南详细介绍了不同型号的示波器、探头、软件和附加服务，旨在帮助用户根据需求定制系统。

型号- MSOS204A,MSOS604A,N5467B,MSOS054A,MSOS404A,MSOS254A,N5467B-7FB,DSOS404A,DSOS204A,DSOS604A,MSOS804A,DSOS804A,N2820A,MSOS104A,N9311X-100,N2893A,N5467B-1FP,DSOS054A,DSOS254A,DSOS104A,1147B,DSOS000-400,N8834A-CTP,N8834A,DSOS000-100,N8834A-BTP,DSOS000-200,N8834A-ATP

December 1, 2017 - KEYSIGHT - 用户指南

免费获取您的CXA探头！

描述- Keysight Technologies推出限时优惠活动，购买指定CXA信号分析仪可免费获得近场探头套件。活动时间从2018年5月1日至11月30日，优惠代码为6.027。活动要求购买N9000B CXA信号分析仪（7.5 GHz频率范围和预放大器），并从Keysight授权合作伙伴处购买。CXA信号分析仪是低成本信号特性化工具，内置跟踪发生器，支持多种测量应用。N9311X-100近场探头套件覆盖30 MHz至3 GHz频率范围，有助于早期研发阶段评估或调试EMI辐射。

型号- N9311X-100,N9000B

April 25, 2018 - KEYSIGHT - 技术文档