如何正確使用近場(chǎng)探頭

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   近場(chǎng)探棒(near-field probe)在找出電路板、纜線和外殼中的電磁輻射源時(shí)相當(dāng)有用；但某些狀況下，經(jīng)過近場(chǎng)探棒偵測(cè)而顯示在頻譜分析儀上的信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。通過一些經(jīng)驗(yàn)，你將知道如何克服這些問題。

近場(chǎng)探棒為疑難解答工具，首先你必須確定產(chǎn)品有電磁干擾的問題，通常會(huì)在兼容性測(cè)試(compliance test )或預(yù)先認(rèn)證(pre-compliance)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)先透過遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量，找出超過法規(guī)限制輻射量要求的頻率，然后再找出輻射源。

產(chǎn)品調(diào)試測(cè)試––電路板

假設(shè)你的產(chǎn)品超過輻射標(biāo)準(zhǔn)，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)拿著探棒在電路板四處檢測(cè)，或是使用自動(dòng)探棒測(cè)試器(automated probe station)近距離檢查。當(dāng)探棒掃過電路板時(shí)，頻譜分析儀將會(huì)顯示振幅zui大的干擾諧波(offending harmonics)在何處。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)高次諧波(higher harmonic)時(shí)，你就會(huì)說“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) 。(圖片來源：ETS-Lindgren)

在你真的確認(rèn)是否有遠(yuǎn)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(hào)？測(cè)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(cè)量出的峰值(peak)。高電流的狀況可能會(huì)發(fā)生在電路板的線路上或是芯片內(nèi)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(cè)層數(shù)較少的電路板較為容易。然而，碰到線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，透過近場(chǎng)探棒作檢測(cè)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(rèn)為是去耦電容(decoupling capacitor)造成高度輻射。在下此結(jié)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(xiàn)低阻抗路徑。

這代表電容將會(huì)導(dǎo)入電流來降低噪聲電壓。因?yàn)殡娙莸墓δ芫褪菍?dǎo)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(cè)到較大的近場(chǎng)(greater near fields)。這并非代表電容會(huì)造成問題，而是電容在執(zhí)行本身應(yīng)有的功能。

其次，不是所有的近場(chǎng)都會(huì)傳播。透過數(shù)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(chǔ)存能量。使用近場(chǎng)探棒，你無(wú)法確定近場(chǎng)測(cè)量是傳播或非傳播式。這并不意味著近場(chǎng)磁探棒沒有幫助，它只是告訴我們?cè)谙陆Y(jié)論前時(shí)須先謹(jǐn)慎思考。

產(chǎn)品調(diào)試測(cè)試––外殼屏蔽

另一種很常見的調(diào)試方式是使用磁探棒在屏蔽內(nèi)四處“嗅探”干擾輻射波由何處泄出，因?yàn)楸砻骐娏?surface currents)無(wú)法穿透外殼屏蔽(shielded enclosure)的結(jié)構(gòu)縫隙，而會(huì)圍繞著這些孔隙，而磁探棒通常可以感測(cè)到。目前這種測(cè)試的結(jié)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(zhǎng))，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(duì)應(yīng)的外殼尺寸是1/2波長(zhǎng)，即使附近沒有孔隙，駐波也會(huì)在外殼達(dá)到zui強(qiáng)。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，而非透過孔隙。

由于集膚效應(yīng)(skin effect)，射頻電流通常不能穿越屏蔽的金屬墻，而必須透過孔隙或是纜線/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(cè)量可適當(dāng)?shù)匕矒崆榫w。但是，你應(yīng)當(dāng)了解測(cè)量方式，以確保你的測(cè)量結(jié)果符合原先的需求，還有做出的結(jié)論合理且符合物理原則。切勿盲目地接受測(cè)量結(jié)果，并且依此驟下結(jié)論。

總歸一句，當(dāng)去耦電容的設(shè)計(jì)適當(dāng)、且連接電感(connection inductance)zui小化時(shí)，其使用的好處會(huì)比壞處多。