为什么EMC预兼容测试很重要？EMC测试如何保证所有的辐射都能被准确测量？

EMC测试产品包括用于EMC一致性测试的EMI接收机和用于预兼容性测试的EMI测量应用软件。EMI和EMC测试产品帮助您满足监管机构对EMC一致性测试的要求。本文KEYSIGHT主要讨论为什么EMC预兼容测试很重要？EMC测试如何保证所有的辐射都能被准确测量？

EMC是什么？EMC，EMI，EMS表示什么含义？

EMC（Electromagnetic Compatibility）指电磁兼容， EMC包含EMI和EMS。你也许不知道EMI和EMS有什么区别？我们需要先了解以下EMC相关术语：

EMC电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility）——缩写EMC是一个设备或装置与其它装置同时操作时，不会因为电磁干扰问题而影响正常工作之能力。EMC（电磁兼容性）也包括EMI（电磁干扰）和EMS（电磁耐受性）。

EMI电磁干扰——一个设备或装置在操作过程中有不利功能的电磁讯号出现，这些电磁信号会与电子组件作用，产生干扰现象，称为EMI（Electromagneti cInterference）。EMI测试项包括:RE（辐射，发射）、CE（传导干扰）、Harmonic（谐波）、Flicker（闪烁）等。电磁干扰又包括：

·CE（Conducted Emission）：传导放射性，传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。

·RE（Radiated Emission）：辐射放射性，辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。

EMS电磁敏感度（Electromagnetic Susceptibility）是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。EMS测试项包括：ESD（静电）EFT（瞬态脉冲干扰）DIP（电压跌落）CS（传导抗干扰）RS（辐射抗干扰）Surge（浪涌，雷击）PSMS（工频磁场搞扰度）。EMS可分为二个方向考虑：CE（Conducted Susceptibility）传导放射性和RE（Radiated Susceptibility）辐射放射性。

EMI、EMS和EMC的区别在于以下三点：

性质不同：

EMI：是电磁波与电子组件作用后而产生的干扰现象。

EMS：是由于电磁能量造成性能下降的容易程度。

EMC：是设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。

目的不同：

EMI：检测电子电器产品经常遇到的干扰问题。

EMS：检测产品质量、人身和环境保护的安全性。

EMC：检测电子电器产品所产生的电磁辐射对人体、公共场所电网以及其他正常工作之电器产品的影响。

特点不同：

EMI是电子电器产品经常会碰到的问题。EMS是检验产品质量的指标之一，安全性涉及人身和财产。而EMC测试是产品质量最重要的指标之一，电磁兼容性则涉及人身和环境保护。电磁兼容的测量由测试场地和测试仪器组成。

那么，EMC测试是什么？

EMC测试就是电磁兼容测试，EMC是电气设备与其所处电磁环境及其他设备的相互作用。主要是对电磁干扰大小（EMI）和抗干扰能力（EMS）的综合评定，是产品质量最重要的指标之一，产品想要上市，必须要符合EMC规范要求。

EMI预兼容测试基础知识

EMC测试是电气设备与其电磁环境和其他设备的相互作用。所有的电子设备都有可能发射电磁场，因此识别您的设备是否处于恰当的辐射水平非常重要，全兼容测试是确保电子设备符合相关标准的最后一项测试。预兼容测试可以看作是全兼容测试的预演。您在预兼容测试过程中所做的一切工作，可以确保您在步入EMC测试的最后阶段，在将设备送至认证测试机构进行全兼容测试时，可以顺利通过。您可以与这些测试机构使用相同的标准测试您的设备，不过方便之处在于您是在自己的实验室进行测试。

所有产品，从笔记本电脑到智能手机，都必须通过认证测试机构的全兼容测试。这些测试机构会执行各种测试，查看您的设备是否符合相关的标准。取决于设备的产品类别，通常会针对特定的产品分类选择一个子集。

下面，我们将讨论4个测试，特别是可以分为两类—发射测试和抗扰度测试，并且在每个类别中都有辐射和传导测试。

辐射测试表征电子设备无意中通过非物理介质（空中测试）发出的电磁能量。

传导测试表征电子设备无意中通过传导性材料或物理介质（有线测试）发出的电磁能量。

图 四种类型的EMC测量

发射测试

发射测试考量的是您的设备发出的电磁能量大小。

辐射发射测试主要是考察设备在正常工作时自身对外界的辐射干扰强度，测试场地可以选择半电波暗室或者开阔场，常见的有3m法或10m法。测试频段根据不同的标准要求不同，GB/T6113.1规定了频率段范围：

A频段——9～150kHz；

B频段——0.15～30MHz；

C频段——30～300MHz；

D频段——300～1000MHz；

E频段——1GHz以上

辐射发射测试需要对设备发射到空中的电磁能量进行测试，并确保它们符合相关的标准。辐射发射测试需要寻找被测设备通过空中发射的信号。在全兼容测试过程中，设备的辐射发射是导致测试失败的最常见原因，因此必须花费更长时间进行测量。

传导发射测试需要测试您的设备中由于电气活动所造成的电磁干扰，这些电气活动在器件外部沿着互连电缆进行传导—例如电源线、信号电缆或数据电缆。特别是，传导的干扰可能直接与其他的电子设备或同一设备的其他元件发生耦合。传导发射测试主要针对设备的交流电源所发出的多余信号，这些电源可能包括但不限于开关、调节器和低频时钟。

发射测试非常重要，因为您不希望设备受到相邻设备的意外干扰。

抗扰度测试

抗扰度测试衡量您的设备对相邻设备发射的电磁能量的敏感程度。

辐射抗扰度测试需要测试您的设备对周围其他设备空中发射的敏感性。

传导抗扰度测试需要测试您的设备对其他相邻设备通过电缆发射的电磁能量的敏感性。

抗扰度测试非常重要，因为您不希望自己的设备受到相邻设备的影响。EMC测试还包括一些其他的抗扰度测试，但在本文中并未进行讨论，包括电源线浪涌和质量、静电放电（ESD）、工作磁性等。

为什么EMC预兼容测试很重要？

对一个项目而言，越早发现设计中存在的EMC风险，团队才能获得越多的时间和灵活度来处理此类风险。越晚发现EMC问题，成本和代价就越高。

EMC实验室-卓越的测试能力，业界专家坐镇把关

辐射发射暗室

传导发射测试场地

辐射抗扰暗室

无线测试场地

环境测试暗室

安全测试场地

电磁兼容EMC（Electro Magnetic Compatibility）

●电磁兼容测试包括：

电磁干扰测试
电磁抗扰测试/电磁敏感度测试

●电磁干扰测试包括：

电磁辐射测试：空间
电磁传导测试：电路

电磁干扰测试

●辐射源

●传导路径

●敏感源：用接收机替代来测试

●接收机本身也要符合电磁兼容标准，如CISPR-16

Electromagnetic Interference（EMI）测试——从一个设备辐射的电磁能量造成另一个设备性能下降

电磁干扰测试的两种基本类型

CISPR：国际无线电干扰特别委员会 - 商用法规的主要影响者和世界各国各地区主要的电磁兼容法规。

CISPR（Special International Committee on Radio Interference）

国际电工委员会的分会之一

推荐电磁兼容的测试设备和测试方法

测试接收机必须满足CISPR的要求

推荐电子产品的电磁兼容测试门限

辐射门限和抗扰门限

其他国家地区将CISPR的推荐转变成法规要求

全兼容和预兼容测试的区别和使用场景

什么是全兼容测试？

测试设备和测试方法完全符合某种电磁兼容规范要求，如CISPR。

合格/不合格性最终法规测试

需要特定的仪表设备和测试场地

必须符合特定的军用或商用标准

贵且耗时

谁需要全兼容的测试设备（例如满足CISPR标准的测量接收机）：电磁兼容试验室：认证其他厂家电子产品的兼容性；大的电子生产厂家：自行认证自己产品的兼容性。

什么是预兼容测试？

所使用的测试设备和或测试方法不完全符合电磁兼容规范要求，测试结果预期和全兼容的测试结果比较接近，电子设备生产厂家用于进行全兼容测试前的评估，比较经济省时的手段。

在全兼容测试前做的非正式性能测试

通常用频谱仪在能用的场地进行测试就行

目的是为了减小在全兼容测试时的不合格率

预兼容测试使用频谱仪加装一些电磁辐射频谱分辨滤波器和检波器即可

电磁干扰测试系统组成

传感器（天线、近场探头、LISN）

接收机（带预选器的接收机或频谱分析仪）

测量软件

电磁暗室

测试附件（射频电缆、转接头、放大器、限幅器）

近场电磁干扰（EMI）测试是电磁兼容性（EMC）辐射发射预一致性测试中的重要工具。近距离测试是在短距离内进行的。远场测试是在测试设施中使用EMI接收器和天线在3至10米的距离内进行的。电磁场的性质由被测设备（DUT）以及接收器和天线与DUT的距离决定。远场辐射发射测量可准确确定DUT是否符合相关EMC/EMI标准。然而，远场测试有局限性。它无法识别排放源。辐射发射可能来自USB端口、LAN端口、屏蔽层接缝、电缆甚至电源线。近场测试是准确定位发射源的唯一方法，通常使用信号分析仪和近场探头进行。

EMI接收机如何缩短您的测试时间？

电磁兼容性（EMC）测试需要详细且准确的方法，以保证所有的辐射都能被准确测量。过长的测试时间影响了实验室的效率，减少了可认证的设备数目，影响了测试业务的收入，或是不通过第三方而由公司内部测试的新产品数目。

要增加收入，而不增加过多费用来购买新测试设备，公司必须缩短EMC测试周期 — 包括设备搭建，扫描，转台的旋转，和天线高度调整时间 — 从而最大化现有的兼容性测试设备的测试能力。时域扫描技术可以显著减少接收机的扫描时间，缩短总体测试时间，帮助提高业务收入，加快新产品上市速度。

下面我们将全面的为您介绍时域扫描的概念，讨论最节省时间的测试场景，评价关于时域扫描速度和接收机过载保护的平衡。

时域扫描减少总体测试时间

商业测试标准和军方测试标准都要求对于每个信号达到一定的测量时间，即驻留时间（dwell time），以确保脉冲信号被正确的表征。时域扫描技术能减少接收机的扫描时间，同时保持所需的驻留时间。

基于CISPR标准的商业测试要求预扫描驻留时间最大到1秒钟，对于幅度随时间变化的辐射信号，最终测量时要达到15秒钟以上。而军方标准MIL-STD-461指定的驻留时间根据频率范围不同为15ms或150ms。当所用的接收机采用基于步进式或扫描式本振的频域扫描，在每个独立分辨带宽上收集数据时，所有驻留时间都要累加起来。

CISPR 16-1-1:2010版本接受时域扫描技术用于预扫描，如果你用到的CISPR 16-1-1标准特别声明使用该版本，则其最终测量也可以采用时域扫描。MIL-STD-461标准允许任何方式的测量，只要能够达到标准的要求。

时域扫描工作原理

时域扫描通过使用FFT频谱高度重叠技术来减少接收机的扫描时间，它可以在包含多个分辨带宽的频率扫宽内同时收集辐射数据（图1）。相反，频域扫描是在每个分辨带宽分别收集收据。用于时域扫描的FFT采集带宽的范围，从1MHz到10MHz甚至更大，比CISPR和MIL标准要求的分辨带宽明显加宽。接收机在更宽的采集带宽中收集数据，按规范的带宽进行处理，保证测量满足规范要求。因为在给定的FFT采集带宽内，采集一次数据仅需要按规范要求的时间驻留一次，和频域扫描的每个分辨带宽都要求驻留一次的时间相比，时域扫描节省了测量时间。

图 1. 分辨带宽和FFT采集带宽的比较

另一方面的时间节省，是通过扫描同样的频段范围使用更宽的采集带宽，减少频率步进数来实现的。每个频率步进都需要本振调整频率—更少的步进数，总体的本振重新锁定时间就更少。

时域扫描测量必须符合CISPR 16-1-1:2010和MIL-STD-461标准的幅度精度的要求。为满足所需的幅度精度，设计者采用了FFT频谱高度重叠（~90%）进行计算。此外，EMI接收机必须在更宽的中频采集带宽上仍能保证幅度失真性能。

时域上的FFT频谱高度重叠，保证了脉冲信号被精确捕获和测量。图2a显示了时域中一个脉冲信号,使用连续的或者低频谱重叠FFT。如果输入信号出现在FFT采集区间外，检测的信号幅度可能降低甚至完全丢失。图2b显示了时域中的脉冲信号,使用高度频谱重叠FFT。这种情况下，捕获信号的可能性大大提高，并且得到正确的峰值幅度。

时域扫描采集带宽必须考虑到射频和微波预选器带宽的影响。预选器滤波器在频段上限制了进入接收机第一级混频器的射频信号能量，提高了测量脉冲信号的动态范围。时域扫描需要考虑预选器的如下两个方面，保证FFT幅度精度：

——在整个FFT采集带宽的宽度内调整幅度频率响应，补偿预选器频带边缘的响应。

——减少最大的FFT采集带宽，使得FFT幅度频率响应不显著加到预选器的幅度频率响应上。

减少预扫描的时间：从数小时到数分钟

兼容性测试中需要占用测试实验室时间（测试能力受限因素）的主要因素是：

——被测设备（EUT）的搭建和拆除

——确定可疑频率的预扫描测量，包括天线的移动和转台的旋转次数和接收机预扫描次数

——最终测量，包括天线的移动和转台的旋转次数和对每个频率接收机测量的次数

报告生成时间没有包括进来，因为这一工作不需要在实验室完成，可以在其他地方完成。

被测设备（EUT）搭建和拆除的时间根据EUT种类有很大不同，范围可能从不到一小时直到将近一天，甚至更长。天线移动时间与设备厂商相关，通常每个天线位置是5秒钟。转台运动时间也与设备厂商相关，通常范围是1-2RPM。本文中，假设为~5秒钟每15度（degree）旋转。最终测量时间变化更大，取决于可疑信号列表中的频率数目，以及每个频率需要的驻留时间量。

时域扫描在预扫描中显著节省了时间（在最终测量前收集可疑信号），因为这一过程中，接收机在整个测量频段上调谐。例如，依据CISPR 16-2-3：2010，ed.3.1，section7.6.6规定的方法收集可疑信号频率，转台每旋转15度，对于接收机天线的两个极化方向，都需要做一次扫描，总共是48次接收机扫描。此外，对于不同的天线高度也需要进行扫描。本例假设有3个高度需要测量，这样就总共有48*3=144次接收机扫描。

要测量30MHz到1GHz范围的辐射，生成一个可疑信号列表，预扫描时采用峰值检波器，每个分辨带宽4个测量点（本例中对于120kHz CISPR分辨带宽，即每30kHz一次测量），每个点要求10ms驻留时间。对于频域扫描，一般商用接收机每次扫描时间大约250秒，这导致总体预扫描的扫描时间大约是10个小时！

而采用时域扫描的接收机，N9038A MXE EMI接收机完成每次扫描时间大约12秒钟，总体预扫描的时间减少到30分钟以下—显著节省了大量测试时间。注意在这两种情况下，完成144次扫描需要的总的转台旋转和天线移动的时间，大约都是12分钟。

时域预扫描不能代替最终测量。

当采用CISPR规定的加权检波器（准峰值检波器，EMI平均检波器，RMS平均检波器）时，使用时域扫描技术也可减少扫描时间。尽管这些加权检波器的充电和放电时间，导致了时域扫描的时间比使用峰值检波器的扫描时间长，但是对于同样的加权检波器时域扫描依然明显比频域扫描快。

这一加权检波器扫描时间的减少导致业界某些人建议，用加权检波器时域扫描替代最终测量来进一步节省时间。并且直接用加权检波器预扫描得到的信号幅度而不是用最终测量信号幅度来评估是否符合限值线。

不幸的是，该技术与CISPR推荐的测量方法不一致。在CISPR 16-2-3：2010ed.3.1，section6.5，要求每个最终信号的加权幅度要被监测，以保证其信号稳定性。如果不够稳定，CISPR要求监测幅度变化信号达到15秒钟。如果15秒内的幅度变化超过2dB，该信号必须被监测更长时间。为了使用加权检波器时域扫描得到的信号幅度来评估是否超过CISPR标准要求，用户不得不在预扫描时驻留更长时间——15秒钟或更长—以确保捕获了扫描中所有信号的最大值。这样增加的驻留时间抵消了时域扫描节省的时间。

预选器的考虑：要平衡扫描速度与过载保护

EMI接收机设计能够采用更宽的采集带宽来提升时域扫描速度，每次采集中收集更多的测量带宽。为了利用更宽的采集带宽的优势，接收机预选器滤波器带宽也必须更宽。然而，加宽预选器带宽会减少脉冲测量动态范围，降低脉冲过载阈值。

射频和微波预选器滤波器的目的是减少进入第一级混频器的脉冲宽带能量，提高测量脉冲信号的过载电平和测量的动态范围 （ 如图 3）。对于一个给定脉冲信号，通过滤波器的最大信号电平与脉冲的电压幅度 （V） 成正比，与脉冲宽度 （T） 成正比，与滤波器的脉冲带宽成正比 （BWi）。

加宽预选器滤波器来提高时域扫描速度，会增加滤波器脉冲带宽并且明显降低接收机脉冲信号的过载电平。过载保护能够通过设置额外的输入衰减值得到恢复，但代价是降低测量灵敏度。考虑到灵敏度是EMC测试的一个关键参数，系统设计师需要考虑是否愿意牺牲灵敏度来提高测量速度，并且考虑实际节省的时间和总体测量时间相比是否值得。许多情况下，只能节省很小比例的测试时间，不值得牺牲灵敏度。

为你的测试实验室评估一台接收机的指标时，理解时域扫描速度和过载保护的平衡是很重要的。决定接收机相关的过载保护指标的一个有效方法是，在相当的失真指标（1dB压缩点和三阶截止点）情况下，比较某个给定频率上预选器6dB滤波器带宽的比率。

采用计算公式：

系统设计师能够获得一个合理的估计，得知使用更宽的预选器带宽的接收机需要的额外输入衰减是多少，来避免测量大脉冲信号导致的过载。

为时域扫描选择正确的EMI接收机

时域扫描速度取决于接收机的架构。使用更大的采集带宽可以达到更快的速度，但是预选器带宽增大减小了接收机的脉冲动态范围，因为更多的脉冲信号能量进入到下变频器链路。当然，过载电平的降低可以使用额外的输入衰减值来补偿，而代价是损失了测量灵敏度。

EMC测试术语

环境电平
– 在未激活测试样品的情况下，在指定测试时间和地点存在着的辐射信号、传导信号和噪声的大小。
– 在测试样品处于非工作状态时，在指定测试时间和地点存在着的辐射信号、传导信号和噪声的大小。大气干扰、来自其他信号源的干扰、电路噪声或在测量仪器内部产生的其他干扰组成了环境电平。

幅度调制
– 在信号传输系统中，一个电量的幅度根据另一个量（在本质上不需要是电量）的某个选定特征进行变化的过程，或这一过程的结果。
– 载波幅度按照特殊规律变化的过程。

电波暗室
室内贴有吸收无线电波的材料，可减少所有内部表面反射无线电波的屏蔽房间。有的电波暗室在所有室内表面上均贴有这种材料：墙面、天花板和地面。它又称为“全电波暗室”。有的屏蔽房间在除地面以外的所有室内表面上贴有这种材料，称为“半电波暗室”。

天线
– 一种辐射或接收无线电波的工具。
– 从一个信号源向空中发射射频功率，或拦截到达的电磁场并将其转换为电信号的转换器。

天线因子
电场强度（V/m）和磁场强度（A/m）与测量仪器输入端电压之比。

天线感应电压
在开路天线端子上存在的电压，通过测量或计算得到。

天线端子传导干扰
接收机、发射机或相关设备所产生并出现在天线端子上的多余电压或电流。

辅助设备
虽然对于设置所有功能以及测量被测设备在电磁骚扰条件下的正确性能是不可缺少的，但是本身不接受测试的设备。

平衡－不平衡转换器
一种天线平衡/不平衡转换器件，有助于使用对称天线（例如偶极天线）中的同轴馈线。

宽带发射
宽带是指当RFI接收机的指定带宽中有多个谱线时的干扰幅度。

宽带干扰（测量）
电磁骚扰的频谱能量分布非常广，以致于当在指定数量的接收机带宽上对所使用的测量接收机进行调谐时，其响应的变化幅度不大。

传导干扰
传导的无线噪声或多余信号通过直接耦合进入转换器（接收机）而产生的干扰。

交叉耦合
信号从一个信道、电路或导体耦合到另一个信道、电路或导体后变成多余的信号。

去耦合网络
去耦合网络是防止发送给被测设备的测试信号对其他非被测器件、设备或系统产生干扰的一种电路。IEC801-6规定耦合和去耦合网络系统可以合并为一个网络，也可以分为不同的网络。

偶极天线
– 由一根直导体（其长度通常不大于半个波长）组成的天线，在其电中心处对开以连接传输线路。
– 在基本电偶极子顶部附近生成辐射图的一类天线。

电磁兼容性（EMC）
– 电子设备或系统在预定工作环境中、在规定的安全裕量内正常工作，性能不会因为干扰而降低的能力。
– 设备在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境或其他设备构成无法容忍的电磁骚扰的能力。

电磁干扰
电磁干扰是指电磁骚扰对有用电磁信号产生的不利影响。

电磁波
电荷振荡所产生的辐射能，用电场和磁场的振荡来表征。

发射
从信号源通过辐射或传导向外发出电磁能。

远场
天线发出的功率通量密度大致与距离的平方成反比变化的那个区域。对于偶极天线来说，这相当于大于l/2的距离，其中l是辐射波的波长。

接地层
– 用作电路回路和电位或信号电位的公共参考点的金属板传导表面。
– 将金属片或金属板用作电路回路以及电位或信号电位的公共参考点。

抗扰度
– 接收机或任何其他设备或系统面临无线骚扰时不降低工作性能的能力。
– 电子设备抵御辐射电磁场的影响而不产生多余响应的能力。

互调
在非线性器件中混合两个或多个信号，产生新的信号，其频率等于原信号的整数倍频之和或差。

各向同性
特性值在所有方向上都相等。

单极天线
由一个直导体（其长度通常不超过四分之一波长）构成的天线，通常可以立即安装在接地层上。它与天线底部的传输线路相连，其特性（包括图形）与偶极天线相似。

窄带发射
其主要频谱能量处于现用测量接收机的带通中。

开阔场地
– 用于进行辐射电磁干扰测量的场地，地形开阔平坦，远离建筑物、电线、栅栏、树木、地下电缆和管线，所以这些因素带来的影响可以忽略。
– 场地的环境干扰应非常低，以使测试达到要求的极限。

偏振测量
用于表示辐射电场矢量方向的术语。

辐射干扰
由无用信号的辐射噪声引起的无线干扰。与射频干扰比较类似。

辐射

能量以电磁波形式由信号源发射到空间的现象。

射频干扰
RFI是接收射频信号时受到的高频干扰。当无用电磁振荡通过接收机或天线系统的高频输入端进入系统时，就会发生射频干扰。

射频干扰（RFI）源
可能产生RFI的设备和系统及其器件。

屏蔽外壳
一个屏蔽的外壳或固体金属外壳，专门用于隔离内部空间与外部电磁环境。其用途是防止外部环境电磁场导致的内部器件性能下降，并防止内部发射对外部特性产生干扰。

带状线
产生试验用电磁场的平行板传输线。

敏感度
电子设备在受到电磁能干扰时产生无用响应的能力。

EMC测试实验室

是德科技拥有自己的EMC测试标准实验室，这家位于德国伯布林根的合规测试实验室能够帮助你进行各种符合全球标准和法规的测试。EMC测试产品包括用于EMC一致性测试的EMI接收机和用于预兼容性测试的EMI测量应用软件。EMI和EMC测试产品帮助您满足监管机构对EMC一致性测试的要求。