近場探棒為疑難排解工具,首先你必須確定產品有電磁干擾的問題,通常會在相容性測試(compliance test )或預先認證(pre-compliance)檢測時發現。應先透過遠場量測,找出超過法規限制放射量要求的頻率,然後再找出放射源。

產品除錯測試––電路板

假設你的產品超過放射標準,而且您試圖找出原因,可試試以下方法。若想找到電路板的放射源,你可能需要在頻譜分析儀上連接一個簡單的磁場探棒 (圖1),然後手動拿著探棒在電路板四處檢測,或是使用自動探棒測試器(automated probe station)近距離檢查。當探棒掃過電路板時,頻譜分析儀將會顯示振幅最大的干擾諧波(offending harmonics)在何處。當你發現高次諧波(higher harmonic)時,你就會說「啊哈,我找到它了。」

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圖1 近場探棒組可能包含三種尺寸的磁場探棒(H-Field) 及一組電場探棒(E-Field) 。(圖片來源:ETS-Lindgren)



在你真的確認是否有遠場干擾放射源前,必須考慮以下兩件事: ˙那些因素造成探棒找到這些訊號? ˙測試的地點是否為傳播場(propagating field) ?

磁場由電流所產生,在已知頻率下無論電流多高,你將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發生在電路板的線路上或是晶片內部等。

你必須注意印刷電路板的堆疊方式,用近場探棒檢測層數較少的電路板較為容易。然而,碰到線路密度分佈高的電路板,特別是堆疊很多層的板子,還有在不同層採用不同電流源的狀況下,透過近場探棒作檢測會變得比較困難,需要特別留意與分析。

這裡有其他可能原因造成高頻時產生高電流的狀況。如果你只是在離電路板高一點的位置找高近場(high near-fields),你可能會認為是解耦電容(decoupling capacitor)造成高度放射。在下此結論之前,先考慮一下解耦電容本身的功能。

解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)的高頻環境下製造低阻抗路徑(low impedance path),防止高頻雜訊電壓產生。若有任何雜訊電壓產生(例如由晶片所產生的),都會在電容中發現低阻抗路徑。

這代表電容將會將導入電流來降低雜訊電壓。因為電容的功能就是導入電流而控制電源層和接地層的雜訊,因此,近場磁探棒可以在電容間探測到較大的近場(greater near fields)。這並非代表電容會造成問題,而是電容在執行本身應有的功能。

其次,不是所有的近場都會傳播。透過數學的證明方法已經超出了本文的範圍,但非傳播式的近場只能儲存能量。使用近場探棒,你無法確定近場測量是傳播或非傳播式。這並不意味著近場磁探棒沒有幫助,它只是告訴我們在下結論前時須先謹慎思考。

產品除錯測試––外殼遮罩

另一種很常見的除錯方式是使用磁探棒在遮罩內四處「嗅探」干擾放射波由何處洩出,因為表面電流(surface currents)無法穿透外殼遮罩(shielded enclosure)的結構縫隙,而會圍繞著這些孔隙,而磁探棒通常可以感測到。目前這種測試的結果都很良好。

如果是大型遮罩(electrically large,在頻率方面大於 1/4 波長),並存在雜訊電流,便會產生駐波,這取決於外殼大小。如果頻率對應的外殼尺寸是1/2波長,即使附近沒有孔隙,駐波也會在外殼達到最強。這種情況讓多名 EMC 工程師猜想放射波也許由遮罩的金屬牆穿透,而非透過孔隙。

由於集膚效應(skin effect),射頻電流通常不能穿越遮罩的金屬牆,而必須透過孔隙或是纜線/連接器而穿透出去。在此例中,磁場探棒的高讀取無法找出雜訊洩漏點。

測量可適當地安撫情緒。但是,你應當瞭解量測方式,以確保你的量測結果符合原先需求,還有做出的結論合理且符合物理原則。切勿盲目地接受量測結果,並且依此驟下結論。

總歸一句,當解耦電容的設計適當、且連接電感(connection inductance)最小化時,其使用的好處會比壞處多。

(參考原文: Near-field scanning: useful or misleading?)