EMC调试工具:示波器的应用数字示波器是维修、调试、设计、科学研究不可或缺的工具。工程师广泛应用于时序分析、高速信号眼图分析、波形的过冲、振荡、异常分析,是工程师的第二双眼晴。
图1:常用数字示波器
一、信号幅度的测量
在辐射发射调试过程中发现信号幅度越大,通常辐射发射测试结果越差,信号幅度越大对交变信号来说意味着电流/电压变化率越大,空间辐射发射能力也更强;信号幅度过大可能使信号失真,对于正弦波来说未失真时高次谐波非常少,而失真后则产生丰富的高次谐波。使用示波器测量信号的幅度,并根据测量数据结合电路设计要求,对波形进行修正使符合电路要求的前提下,降低其对外耦合和发射的能力。
图2:晶振正弦波失真波形
图3:晶振正弦波失真后的频谱图
二、信号过冲与振铃的测量
在高速信号设计过程中,信号的过冲与振铃是导致信号完整性的重要因素,轻着影响信号传输质量,严重时导致信号无法传输。开关电源设计过程中,开关节点SW的过冲是影响开关器件寿命与器件成本的重要因素,设计时不加以控制可能引发严重的质量问题。开关节点SW的振铃,通常是导致开关电源产品辐射发射测试失败的关键因素,也是传导发射测试失败的重要因素之一。通过示波器测量开关节点电压波形、电流波形可以评估过冲尖峰电压的影响,也可以判断噪声频点的源头。
图4:晶振正弦波失真后的频谱图
通过示波器测量关键节点电压、电流波形,并根据波形中的过冲、振铃情况来结合实际测试数据、进行分析对策确认,可以节省大量的EMC测试场地费用,尤其是没有EMC试验室及测试场地的企业来说。
三、高速信号上升沿/下降沿的测量
众所周知方波的高次谐波非常丰富,方波上升沿、下降沿越陡峭意味着谐波也越丰富,使用示波器测量方波信号的波形,并根据上升沿、下降沿的时间结合电路要求的时间,在满足信号质量的前提下尽可能的使信号上升沿、下降沿变缓,可以实现低成本、高质量的解决时钟信号、高速信号EMC问题,尤其是辐射发射问题。
图5:方波信号波形
图6:方波信号频谱图
四、示波器的FFT功能
很多示波器都具有FFT功能,EMC调试过程中如果没有频谱分析仪的情况下,可以通过测量时钟信号、高速差分信号的波形,再使用示波器FFT功能转换成频谱图,就更加直观,方便调试判断。
图7:示波器FFT功能的使用图
五、高速示波器测量眼图
使用高速示波器在测量高速信号眼图有着广泛应用,通过高速信号的眼图可以判断差分信号的相位误差、串扰、驱动、反射等信息,是高速信号EMC调试的窗口。
图8:高速信号眼图测量
高速差分信号对如果存在严重的相位错位,高频噪声无法有效互相抵消,则会产生的空间辐射;高速差分信号的串扰也是其辐射发射问题产生的重要原因之一,信号过激励或着欠激励有时也产生严重的辐射发射问题,都可以通过眼图信息获得。