Pendulum EMC 近場掃描EMI 掃描儀預符合性測試pre-compliance

EMC/EMI 近場掃描與預符合性測試

認證實驗室只會告訴您哪個頻率超標；近場掃描告訴您輻射從板子上哪一顆元件、哪一段走線出來。

EMC/EMI Near-Field Scanning and Pre-Compliance Testing

方案摘要

產品在認證實驗室的暗室裡沒過，報告上寫的是超標的頻率與幅度，不是輻射源的位置。近場掃描把量測拉回板子表面：Pendulum SCN 系列以 0.1 mm 步進、最高 10 GHz 探頭組，在 200×100 mm 到 600×400×300 mm 四種掃描台上逐點記錄近場強度並疊在待測物影像上；需要分辨相鄰元件與 IC 內部時，HRE 系列提供 25 μm 步進與 ±0.02 mm 定位精度。4D 機型在每一點旋轉探頭找最差角度，改版前後的兩次掃描可直接相減。本文說明近場掃描與頻譜分析儀如何組成系統、2D 與 4D 的差別、掃描台尺寸怎麼選，以及為什麼從源頭修正比事後加屏蔽划算。

遠場告訴您超標多少，近場告訴您在哪裡

送到認證實驗室的輻射測試，量的是離產品 3 m 或 10 m 處的場強，結果是一張頻譜圖與幾個超過限值的頻率點。它能證明產品過或不過，卻無法回答工程師真正要問的問題：能量是從哪一顆切換元件、哪一段走線、還是哪個接地不連續的地方出來的。每一次回暗室重測都要排程、付費，而且往往改了一處又冒出另一處。

近場掃描把探頭放到離待測物幾毫米的距離，沿著固定路徑逐點量測，再把每個位置的頻譜與 X、Y、Z 座標結合，畫成疊在電路板照片上的彩色熱圖。它不取代認證量測——近場強度與 10 m 處的限值之間沒有簡單換算——但它讓您在送測之前就知道問題在哪裡，也讓修改後的效果在自己的實驗室裡就看得到。

一套系統由什麼組成

完整的掃描系統是四樣東西：掃描機構、近場探頭與前置放大器、一台頻譜分析儀，以及跑 Detectus Scanning Software 的 PC。掃描機構移動探頭，探頭輸出送進頻譜分析儀，軟體透過 VISA 介面（USB、LAN、GPIB）讀回每一點的頻譜。多數使用者手邊已有頻譜分析儀，Pendulum 的驅動程式庫涵蓋各大廠牌上百款機型，更換分析儀時掃描器本身不需要重新投資。

SCN 系列出廠附 3 GHz 或 6 GHz 探頭組，內容是 E 場探頭、垂直與水平 H 場探頭各一（30 MHz 起）、一支 100 kHz–50 MHz 的低頻 H 場探頭，以及 30 dB 前置放大器；Option S310 可加購 1–10 GHz 探頭組。選頻率上限時要看的是工作頻率的諧波而不是基頻：一顆 100 MHz 時脈的第 30 次諧波就已經在 3 GHz 邊界上，量測範圍不含諧波，最需要看的頻段往往剛好落在外面。探頭組另有帶狀線校正選配 SPCK，可用內建追蹤產生器的頻譜分析儀在 10 MHz–6 GHz 產生探頭修正係數，讓不同探頭與線材的讀值可以互相比較。

2D 與 4D：高度變化與極化方向

2D 掃描讓探頭在固定高度上掃過一個平面，對高度變化很小的裸板夠用。但真實的板子上有電解電容與散熱片，探頭若要避開最高的元件，就會離旁邊的小元件太遠而量不準。3D 掃描讓探頭沿著待測物表面以固定距離移動，高度資訊可以手動輸入、匯入 STL 模型，或由 Option SLDM 雷射測距儀自動建立 3D 模型；它也讓量測不限於板面——機殼內部、疊在機架裡的板子之間、線材與接頭都在掃描體積之內。

4D 再加上探頭繞自身軸的旋轉。近場探頭對不同角度的靈敏度不同，固定方向的探頭可能剛好錯過某個方向的輻射；SCN 的 4D 機型與 HRE 的 4D 機型在每一個量測點以 1° 解析度旋轉探頭、找出最差角度後記錄幅度。這個角度本身就是資訊：同一點在不同探頭方向下的讀值差異透露場的極化，而極化往往指向真正的耦合路徑，讓您能沿著走線、線材甚至 IC 內的打線追下去。

掃描台放不放得下：SCN 與 HRE 的分工

選型時最早遇到的限制不是解析度而是尺寸。SCN-522 為 200×100 mm 的 2D 機型，SCN-524、534、564 為 4D，掃描範圍分別是 200×100×100、300×200×100 與 600×400×300 mm；最大的機型可容納 770 mm 寬、300 mm 高的待測物，也就是整台組裝好的產品而不只是一塊子板。很多耦合問題——線材走向、機殼縫隙、板對板連接器——只在整機狀態下才出現，拆開來掃是看不到的。SCN 的 0.1 mm 步進對板級定位已經足夠。

當問題已經縮小到某一區，而您需要分辨相鄰的兩顆元件、或是看 IC 封裝內部的哪一組接腳在輻射，就需要 HRE 系列：最小步距 25 μm、定位精度 ±0.02 mm，掃描區域 280×180×85 mm（HRE-02/42）或 390×290×130 mm（HRE-03/43），4D 機型同樣具備 0°–360° 探頭旋轉。標準探頭組最高 10 GHz，接上使用者自備的更高頻探頭可到 70 GHz，前提是頻譜分析儀本身涵蓋該頻段。兩個系列的軟體相同，掃描結果與比對流程可以互通，先以 SCN 找區域、再以 HRE 找元件是常見的分工。

改版前後比對：讓改善變成數字

近場掃描最大的價值不在單張熱圖，而在兩張熱圖之間的差異。因為探頭走的是可重複的固定路徑，改版前後在相同條件下各掃一次，軟體可以直接把兩組結果相減，只留下真正因布局或元件變更而改變的部分。SCN 的 Option SBCN 在掃描台上放置定位信標，掃描前自動校正探頭位置，確保兩次熱圖精確重疊；HRE 內建同樣的信標校準。要比較六種去耦電容配置，就是六次掃描、六張圖並排。

一家電源模組廠商的案例說明了這種用法：他們的 GaN 隔離式 AC/DC 轉換器在 MHz 以上切換，去耦電容的選值直接決定 EMI 表現，靠模擬與反覆送測成本快速累積。改用 3D 近場掃描搭配即時頻譜分析儀後，以 1 mm 空間解析度掃整塊板子的時間降到可接受的範圍，因為即時分析儀在寬頻展幅下仍能快速擷取每一點的頻譜，不必為了縮短掃描時間犧牲解析頻寬。他們得以看見電感周圍的輻射分布，並在每次修改後立刻驗證效果。

從源頭修正，還是加屏蔽

認證失敗後最常見的處置是加屏蔽罩、加濾波器、加鐵氧體磁環——它們有效，但每一項都是料件成本、組裝工時與機構空間，而且是產品生命週期內每一台都要付的。近場掃描的目的正是避免這條路：在設計階段找到輻射源，改走線、改回流路徑、換一顆去耦電容的位置，成本只發生一次。同一套設備在量產階段還能拿來比對來料：換供應商的 IC 或模組時，以相同條件掃一次並與基準圖比較，就能在出貨前攔下頻譜偏移的批次。

成朔企業為 Pendulum 台灣授權代理，可協助確認待測物尺寸與 SCN、HRE 機型的對應、探頭組頻率上限與您現有頻譜分析儀的驅動支援，並提供設備校準文件與安裝、探頭校正等使用上的技術支援。