板載DC-DC轉換器產生的電磁幹擾（EMI）是物聯網產品的常見問題。這些小電路通常在1MHz和3MHz之間以亞納秒級邊緣速率快速切換，結果產生超過2GHz的寬帶EMI。EMI會影響敏感接收器電路的靈敏度，尤其是蜂窩和全球導航衛星係統（GNSS）。

 

測量DC-DC轉換器EMI性能的一種有效方式是在時域中使用小型磁場（H-field）探頭測量上升時間和振鈴。通過將磁場探頭耦合到轉換器輸出電感器
，即可實現非侵入性測量（如圖1所示）。

 

圖1：將探頭耦合到輸出電感器來探測典型物聯網板板載DC-DC電源轉換器產生的波形。電感器采用相對較大的圓形封裝，所以很容易識別。如圖所示，探頭應擺平
，以實現最大耦合。

 

jiancekaiguanboxingshangdezhenlinghenzhongyao，yinweizhenlingpinlvkeyizhuanbianweifashetexingzhongdekuanfengzhi。cichangtantoukuaisueranquan，yinweitabuxuyaozhijielianjiedaodianlu，zhixuouhedaoDC-DC轉換器輸出電感器即可。

 

Rohde＆Schwarz HZ-15近場探頭套件包括幾個磁場探頭（或環）。由(you)於(yu)想(xiang)要(yao)耦(ou)合(he)的(de)是(shi)走(zou)線(xian)和(he)元(yuan)件(jian)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)，因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)了(le)這(zhe)個(ge)類(lei)型(xing)。最(zui)大(da)的(de)那(na)個(ge)探(tan)頭(tou)太(tai)敏(min)感(gan)，分(fen)辨(bian)率(lv)太(tai)低(di)
，不(bu)足(zu)以(yi)隔(ge)離(li)發(fa)射(she)源(yuan)。另(ling)一(yi)個(ge)直(zhi)徑(jing)約(yue)1厘米的較小探頭（型號RS H 50-1），適合在板級識別和探測EMI。簡單地將探頭連接到50Ω示波器輸入端
，進行調整
，可以獲得顯示良好的波形。

 

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

 

我們用數學方法來驗證這種特征化測量（如圖2所示）。在電感器和磁場探頭之間可能存在某個未知的互耦因子（即下麵等式中的M）。由於我們不知道該互耦因子到底是多少，所以無法對振幅與示波器探頭實際測量的值進行比較。因為我們的目標是EMI，所以在這裏主要關注上升時間、一般開關波形和振鈴頻率（如果有的話）。

 

圖2：DC-DC轉換器輸出電感器的開關波形(SW)通過互感(M)耦合到磁場探頭。

 

DC-DC轉換器通常具有準方波信號(VL)
，從轉換器開關節點(SW)和輸出電感器(L)輸入流到地回路，這就是我們要用示波器探頭進行測量的信號。通過電感的電流與電壓的關係如下：

 

 

假設磁場探頭靠近電感器，得到一些互耦
，M（未知）
，探頭的輸出是：

 

 

合並前麵兩個公式，得出：

 

 

然後提出常數M/L
，得出VOUT∝V。

 

由於VOUT與VL成正比
，因此可以輕鬆快速地測量最重要的EMI特性
，而不會與示波器探針產生連接短路。將磁場探頭靠近每個DC-DC轉換器電感器

，可以測量上升時間（表示諧波頻率的上限）、脈衝寬度和周期（也考慮諧波頻率），以及振鈴頻率（在寬帶頻譜中會導致出現寬諧振峰值）。

 

圖3和圖4比較了帶寬為GHz的RT-ZS20 1.5示波器探頭（帶短探針）和RS H 50-1磁場探頭的開關波形特性。除振幅外
，測量結果類似。
 

圖3：使用耦合磁場探頭（上部跡線）和直連單端探頭（下部跡線）測量典型物聯網設備的DC-DC轉換器輸出電感，顯示了相似的波形。但使用磁場探頭可以快速測量上升時間、周期和振鈴，而沒有電路短路的風險。
 

圖4：DC-DC轉換器的振鈴測量


，可能在8MHz時產生EMI寬峰值（加上高次諧波）。

 

將同樣的磁場探頭連接到Siglent SSA 3032X頻譜分析儀
，其起始和終止頻率分別為1和500MHz，且具有120kHz的分辨率帶寬
，結果在寬帶頻譜內得到8MHz諧振峰值（如圖5所示）。

 

圖5：DC-DC轉換器產生的寬帶頻譜在Marker1處顯示出8MHz諧振峰值。

 

在我見過的許多案例中
，振鈴頻率很容易發生在100MHz左右，引起發射頻譜的寬峰值，在這種情況下
，如果耦合到天線狀結構（通常是電纜）
，則可能導致EMI故障。