EMI测试的基本问题

E M I 測試的基本問題前言隨著電子產品數位化的普及，各國也紛紛對電磁干擾的問題加以重視，在可以預見的未來，大部份的電子產品，在銷售到市場之前，都會被要求符合相關的EMI測試規格，而在EMI測試上的許多名詞與方法，一直缺少詳盡的說明與解釋。

本文即針對在EMI測試上常會遇到的一些問題，提供讀者作一參考。

一‧EMI要求測試的精確度為何？關於測試上的精確度，一般而言自然是要求達到精確，例如一顆石頭用不同的秤來秤，其結果是不會相差太大的，但是在EMI上的測試卻不同於一般的量測，往往同一個樣品在甲測試場地和乙測試場地所測得的結果值會有很大的差異，甚而在甲測試場地所測得的值可以符合限制值的要求，但乙測試場地所測得的值卻無法符合要求。

關於這個問題，相信許多接觸過EMI測試的工程師都有這種經驗，因此便有某個實驗室較鬆或較嚴的說法產生，要清楚的說明這個問題，便需要了解EMI要求測試的精確度為何？由於大多數人一直沿用一般的測試觀念來看待EMI的測試，故而產生了許多誤解與人云亦云的說法。

嚴格地來說，在EMI測試的要求上並沒有精確度的觀念，也就是EMI測試是無法要求每一個雜訊頻率點的讀值非常精確，那麼EMI測試的基本要求是什麼呢？這一點在早期的MP4中有很清楚的說明，輻射和AC電源傳導測量必須在一能確保有效的(valid)、可重覆的(repeatable)測試結果的環境下測量，事實上，這兩點是EMI 測試上所要求的精確性。

所謂有效的是指所測得的雜訊確實是由待測物(Equipment Under Test)中所輻射出來的，而非外界或其它儀器所產生的。

例如在開放測試場地(Open Site)測試輻射與傳導雜訊，因為外界的雜訊非常多，像FM電台、TV電台、火腿族或附近正在使用的一些電子產品，這些會與待測物的雜訊同時出現在頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)上，若沒有仔細的判，可能會將外界雜訊誤認為是待測物產生的雜訊，那麼便失去了有效性的要求，而且也無甚意義，所以通常有經驗的EMI 測試工程師會事先在屏蔽室(Shielded Room)或電波無反射室(Anechoic Chamber)內，將待測物的雜訊輻射頻率點找出，以避免產生錯誤，或將待測物的電源關掉，若此時雜訊仍然存在，則表示是外界所產生。

若雜訊消失而再開電源雜訊又產生，則可確定該點之雜訊是待測物所產生，如果沒有經過這些方法的檢驗，則測試的結果可能是不正確的。

為使讀者能更快明瞭開放測試場地的雜訊，在圖1中所顯示的即是一開放測試場地在頻譜分析儀中所出現的雜訊，一般稱之為背景雜訊(Ambient noise)。

圖1 開放測試場地的背景雜訊(一) E M I 測試方法與測試儀器一.前言對於EMI的測試方法與測試儀器，許多剛接觸此種測試的人員常常不容易了解，由於對於電子產品要求EMI測試愈來愈普遍的情況下，本文即是針對尚未接觸或剛剛接觸EMI的工程人員，做一淺顯的入門介紹，以提供多數從事電子工程人員做為參考。

二.軸射測試電磁干擾可能透過二種途徑而干擾其它正在使用的電子產品，一種是直接輻射到空間，亦即由空中傳播，另一種則是經由公共電力線傳播。

由空中傳播的即稱為輻射干擾，測量這些干擾的場強值便是輻射測試，一般測試要求的頻率範圍主要為30MHz到1000MHz，其測試方法如下圖：通常在頻率範圍30MHz-1000MHz分成四支天線，在使用時須先確定所要測的頻率，然後調整天線的長度到其所要測頻率的半波長的位置(一般偶極天線皆會有不同頻率所對應的長度表，例如，30MHz時一邊的長度是調整為2.41m，此比實際2.5m要小一些，這是因為天線兩端的小突狀有電容效應，故比理論上要短，由於每測一個頻率必須調整天線長度一次，往往費時費力，故一般是用做終測(Final Test)時的讀值判斷，且由於其是依半波長共振的物理特性而設計，故在測試的可靠性及準確性較高。

(b)雙圓錐天線(Biconical Antenna)其形狀如下：此和雙偶極天線所不同的是，使用雙偶極天線要依不同頻率調整不同的天線長度，而此天線則可適用20MHz-300MHz的頻率範圍，一般稱為寬頻帶(Broadband Antenna)，在使用上是比Dipole 天線要方便許多，所以一般多用在產品的初測(Pretest)，可以快速瞭解在天線適用頻率範圍內有那些讀值較高。

(c)對數週期天線(Log Periodic Antenna)其形狀如下Ｎ：此和Biconal Antenna類似，也是屬於寬頻帶的天線，但是適用的頻率範圍不同，一般是使用在300MHz-1000MHz的測試，同樣地大部份是做為產品的初測使用。

(d)雙圓錐週期天線(Bi-Log Antenna)其形狀如下：由於一般EMI測試要求大多在30-1000MHz，所以測試時常要換不同的天線，使用上較不方便，故有此種天線的發展，從外形上便可看出此種天線是將Biconal及Log Periodic結合，故其可測試的頻帶是從30-1000MHz，這在測試時是方便許多，且對使用自動測試的場地，在使用上也更為方便(e)角狀天線(Horn Antenna)其形狀如下：這是屬於高頻測試所使用的天線，一般是適用在1GHz-18GHz，通常用來測試高頻的產品及高次諧波強度的測試。

E M I 對策實例分析關於EMI的對策，市面上目前已有一些書籍可供參考，裏面也有許多寶貴的資料與原則，但可能限於篇幅的問題，並沒有很多的實例說明。

為補充這方面的缺憾，本刊特別邀請到易明先生，將其多年的對策心得與經驗，配合實例的分析探討，以饗讀者。

事實上，有修改經驗的人便知道，一些修改對策心得是非常寶貴的。

在國內尚只有工研院可以測試EMI的時期，易先生便為其公司產品的EMI問題而絞盡腦汁，奔波於新竹台北之間，如今由於EMI實驗室林立，易先生也在業餘協助多家電子公司處理EMI的對策與修改，並累積了大量的資料與經驗，為使本刊的內容更加豐富，編者與易先生經過多次的晤談與溝通，商請其執筆對策實例分析的專欄，方向著重在對策過程的說明與解釋，儘量避免理論化或公式導演等內容，相信必定非常精彩與可讀。

緣起個人從事EMI的修改工作也將近十年，回憶早期國內EMI的修改可說是畢路籃縷，從EMI是什麼完全不懂開始，卻面臨要處理EMI的問題，尤其早期相關的書籍與資料非常缺乏，可供測試的場地也不多，常常要排到半夜時段才有場地可供修改與測試。

由於不是很明瞭造成EMI的問題與機制，一個Desktop PC產品修改三、四個月是常有的事情，如今由於技術的成熟，許多專業修改的實驗室可能三四天便能完成一台Desktop PC的EMI修改，回想起來真是不可同日而語，當然這是因為經驗的不斷累積與進步才有如此的結果。

筆者在多年的修改產品中，皆有記錄各種對策結果的習慣，並從中做一些思考分析與整理。

近年來更由於協助多家電子公司處理EMI的問題而接觸到各式各樣的產品，由於產品特性的不同，許多對策方法不同於以往所從事的PC類修改，但是經過長時期的摸索，發現不管產品的特性或種類，還是有一定的原則與脈絡可供參考，不要害怕最困難的地方，也不要忽略最簡單的地方，因為有時找了半天的問題點，結果卻是在最不可能造成EMI問題的地方產生問題，相信有修改經驗的人便知吾言不虛。

由於是實例分析，所以無法有系統的探討EMI的處理方法與造成的機制，但是筆者將儘量將對策的過程與思考的邏輯，配合測試的結果圖形，詳細的說明。

所舉的例子不一定是修改到符合測試的規格，有的可能是愈改愈差，在這裏要提供一個小心得，許多對策人員限於壓力，都希望趕快把雜訊值降低符合測試的要求，而事實上，若一開始修改機器如果愈改雜訊愈高，是非常值得慶幸的，這表示離修改到符合的日子不遠，最怕的是怎麼加對策，雜訊依然故我不增不減，這是比較棘手的。

為了使一般較少接觸EMI的工程人員，也能夠明瞭與運用，筆者將從一些較簡單的例子與原則介紹起，然後逐漸介紹較複雜的對策分析。

實例一Desktop PC 產品( 圖1.)圖1. 圖 2差異：1.(圖1.)是將PC的金屬外殼拿掉。

2.(圖2.)是將PC的金屬外殼蓋上。

說明：1.比較這兩圖，相信讀者可以看出有很大的差異，如果產品能對策到如圖2，雜訊幾乎不存在，是相當好的。

事實上，最近國內幾家大廠所出的Desktop PC 產品，其EMI雜訊皆非常的低。

分析討論筆者為何要將這個例子放在一開始，主要是要導正一般人對EMI的觀念，甚至一些專業EMI工程師也有這個觀念。

許多人當發現產品無法通過EMI測試，便開始拿起電路圖在電路板上大顯身手一番，運氣好的找到問題點，稍微處理再測試時即可符合，但仔細檢查卻發現功能有些不正常，而運氣不好的，花了數天的時間，一塊電路板背面焊了一大堆電容、電阻及導線，結果雜訊還是在規格的邊緣，好像能符合，又擔心離雜訊限制值太近，量產會有問題。

這並非是說不要在電路板上找問題，而是這一步驟太早了，必須先看看整個產品的外形與材質，如果是金屬材質，可以嘗試將金屬外殼拿掉，比較雜訊是否有差異，如果加了金屬殼與不加金屬殼雜訊並沒有很大的差異，那麼表示金屬的屏蔽效果(Shielding)並沒有充份發揮出來。

事實上，良好的屏蔽可以降低雜訊至少20dB以上，較差的也有10dB左右。

由實例一中可以看出，經過屏蔽後192.8 MHz的雜訊降低了約18dB，這是屬於良好的屏蔽，而如果在電路板上對策雜訊，通常要降低5dB的雜訊強度，往往要處理好幾個地方，下許多對策元件才勉強能達到，所以當您的產品或您所修改的產品，是由金屬材質構成或是噴了導電漆，那麼必須先想到屏蔽的10dB效果的應用。

改善屏蔽效果的方法有很多，主要的原則是要讓整個金屬能夠互相導通，開孔儘量減少，在日後的篇幅中，筆者會再舉一些實際應用的對策。

重點: 良好的屏蔽可以降低所有頻帶的雜訊至少10dB。

E M I 對策實例分析實例二Desktop PC 產品(圖3.) (圖4.)差異：1.圖3是沒有處理過的VGA卡所輻射出的雜訊。

2.圖4則是加強VGA卡的接地面與PC機殼的接觸效果。

說明：1.此同樣為PC產品，主要針對VGA卡的處理。

分析討論這個例子主要是要說明接地的應用，事實上在實際的運用上，屏蔽和接地往往是分不開的，良好的屏蔽通常也表示接地效果較佳，接地的運用是比較複雜的，有時下地點太多或面積加大雜訊反而增大，關於這些詳細的說明與解釋，將陸續在以後的實例分析中解說。

比較上兩圖可發現，由於VGA卡上的地與PC機殼的地加強接觸後，原先部份較小的雜訊減低甚多，而較高的雜訊也略為減小，雖然經過加強接地處理後，雜訊還是無法符合規格要求。

筆者特地選擇這二張圖，除了說明運用產品本身的結構可以加強接地的效果，還要強調的是EMI 對策上的整體觀，因為單憑一兩個對策往往無法完全解決EMI的問題，所以在思考對策點時，必須從整體上去著手，有時在電路板上加個Bypass電容可能降低3dB的雜訊，如果再加上接地的改善降低4dB，然後處理一些引線降低3dB，那麼整體而言雜訊便能減少約10dB的強度，所以對策邏輯的思考是一層一層的，在對策上如果只是見樹不見林，往往會花掉許多時間而成效有限。