向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

使用近场探头探测DC-DC转换器电磁干扰

时间:2019-08-13 作者:Kenneth Wyatt 阅读:
板载DC-DC转换器产生的电磁干扰(EMI)是物联网产品的常见问题。EMI会影响敏感接收器电路的灵敏度,尤其是蜂窝和全球导航卫星系统(GNSS)。测量
DC-DC转换器EMI性能的一种有效方式是在时域中使用小型磁场(H-field)探头测量上升时间和振铃。通过将磁场探头耦合到转换器输出电感器,实现非侵入
性测量。

板载DC-DC转换器产生的电磁干扰(EMI)是物联网产品的常见问题。这些小电路通常在1MHz和3MHz之间以亚纳秒级边缘速率快速切换,结果产生超过2GHz的宽带EMI。EMI会影响敏感接收器电路的灵敏度,尤其是蜂窝和全球导航卫星系统(GNSS)。

测量DC-DC转换器EMI性能的一种有效方式是在时域中使用小型磁场(H-field)探头测量上升时间和振铃。通过将磁场探头耦合到转换器输出电感器,即可实现非侵入性测量(如图1所示)。

DI1-F1-201908.jpg
图1:将探头耦合到输出电感器来探测典型物联网板板载DC-DC电源转换器产生的波形。电感器采用相对较大的圆形封装,所以很容易识别。如图所示,探头应摆平,以实现最大耦合。

检测开关波形上的振铃很重要,因为振铃频率可以转变为发射特性中的宽峰值。磁场探头快速而安全,因为它不需要直接连接到电路,只需耦合到DC-DC转换器输出电感器即可。

Rohde&Schwarz HZ-15近场探头套件包括几个磁场探头(或环)。由于想要耦合的是走线和元件中的电流,因此采用了这个类型。最大的那个探头太敏感,分辨率太低,不足以隔离发射源。另一个直径约1厘米的较小探头(型号RS H 50-1),适合在板级识别和探测EMI。简单地将探头连接到50Ω示波器输入端,进行调整,可以获得显示良好的波形。

[编者注:Beehive、Com-Power、ETS-Lindgren、Keysight Technologies、Langer EMV、TekBox、Tektronix等公司均提供EMI探头套件。]

我们用数学方法来验证这种特征化测量(如图2所示)。在电感器和磁场探头之间可能存在某个未知的互耦因子(即下面等式中的M)。由于我们不知道该互耦因子到底是多少,所以无法对振幅与示波器探头实际测量的值进行比较。因为我们的目标是EMI,所以在这里主要关注上升时间、一般开关波形和振铃频率(如果有的话)。

DI1-F2-201908.jpg
图2:DC-DC转换器输出电感器的开关波形(SW)通过互感(M)耦合到磁场探头。

DC-DC转换器通常具有准方波信号(VL),从转换器开关节点(SW)和输出电感器(L)输入流到地回路,这就是我们要用示波器探头进行测量的信号。通过电感的电流与电压的关系如下:

DI1-E1-201908.png

假设磁场探头靠近电感器,得到一些互耦,M(未知),探头的输出是:

DI1-E2-201908.png

合并前面两个公式,得出:

DI1-E3-201908.png

然后提出常数M/L,得出VOUT∝V。

由于VOUT与VL成正比,因此可以轻松快速地测量最重要的EMI特性,而不会与示波器探针产生连接短路。将磁场探头靠近每个DC-DC转换器电感器,可以测量上升时间(表示谐波频率的上限)、脉冲宽度和周期(也考虑谐波频率),以及振铃频率(在宽带频谱中会导致出现宽谐振峰值)。

图3和图4比较了带宽为GHz的RT-ZS20 1.5示波器探头(带短探针)和RS H 50-1磁场探头的开关波形特性。除振幅外,测量结果类似。

DI1-F3-201908.jpg
图3:使用耦合磁场探头(上部迹线)和直连单端探头(下部迹线)测量典型物联网设备的DC-DC转换器输出电感,显示了相似的波形。但使用磁场探头可以快速测量上升时间、周期和振铃,而没有电路短路的风险。

DI1-F4-201908.jpg
图4:DC-DC转换器的振铃测量,可能在8MHz时产生EMI宽峰值(加上高次谐波)。

将同样的磁场探头连接到Siglent SSA 3032X频谱分析仪,其起始和终止频率分别为1和500MHz,且具有120kHz的分辨率带宽,结果在宽带频谱内得到8MHz谐振峰值(如图5所示)。

DI1-F5-201908.jpg
图5:DC-DC转换器产生的宽带频谱在Marker1处显示出8MHz谐振峰值。

在我见过的许多案例中,振铃频率很容易发生在100MHz左右,引起发射频谱的宽峰值,在这种情况下,如果耦合到天线状结构(通常是电缆),则可能导致EMI故障。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Characterize DC-DC converter EMI with near-field probes。)

本文为《电子技术设计》2019年8月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 如何避免PCB电磁问题?PCB专家给出7点建议 如今电路板设计和元器件封装不断缩小,OEM也要求更高速的系统,电磁兼容性(EMC)及电磁干扰(EMI)问题令PCB布局和设计工程师十分头痛。为避免在PCB设计中出现电磁问题,PCB专家给出了7点建议。
  • 电源设计如何以20~30dB的裕量满足CISPR 22和25规范的E 随着人们对能量效率要求的提高,使用多个开关稳压器的电源系统日益普及,而伴随着稳压器数目的增加以及系统性能要求提高,EMI的影响也在加剧。因此,PCB板的布局设计决定了每一种电源设计的成败。
  • 关于EMC的经典问题,答案全在这里! 瞬态干扰抑制器件为什么不能代替滤波器防止电路工作异常?为什么一个设备如果抗射频干扰能力强,则一般抗静电放电能力也强?这里列出了关于EMC的58个经典问题与答案,你不必再为EMC问题而困扰!
  • 减小EMI、提高密度和集成隔离是2019年电源发展的三大 毫无疑问,电源在调节、传输和功耗等各个方面都成为日益重要的话题。人们期望产品功能日趋多样、性能更强大、更智能、外观更加酷炫,业界看到了关注电源相关问题的重要意义。展望2019年,三大广泛的问题最受关注,即:密度、EMI和隔离(信号和电源)。
  • 磁珠和电感的不同作用 磁珠和电感在EMC、EMI电路中都能起到抑制的作用,而电感在高频谐振以后都不能再起电感的作用了。EMI的两个途径是辐射和传导,不同的途径采用不同的抑制方法。
  • 工程师必备的8个电路设计技巧! 大多数时候,出现在教科书中的电路图和设计与我们每天工作中完成的真实电路大相径庭。电路设计并非易事,因为它需要对构成电路部分的每个元件都有充分了解,且实现“完美”设计需要大量实践。本文讲述的技巧肯定可以帮助你更好地设计电路;它们将有助于调试、模拟、注释参考等等。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告