NI PXI 儀器近場輻射測試

簡介與挑戰

NI PXI 平台提供穩定精巧的解決方案，適合應用於驗證與量產測試中的高效能混合量測系統。PXI 的特色在於以單一機箱執行多種量測作業。不過，這項優勢也有難解的挑戰：模組之間可能會產生干擾。

​電磁干擾 (EMI) 是由鄰近 PXI 模組中的電感器和變壓器等元件所發出的磁場造成的。電源供應器通常會透過這些元件產生最大的磁場。PXI 在 20 世紀 90 年代末初次問世之時，干擾程度相當輕微。但是，隨著新儀器的靈敏度提高，加上切換式電源供應器的載流增加，干擾問題也日益加劇。

​當初的目標是開發可靠的自動化方法，用於量測並降低 PXI 模組之間的 EMI，這是讓儀器確實發揮效能並保持穩定的重要關鍵。

​過去採行的解決方案

​過去用於量測磁場的方法並不一致。內部解決方案採用探針與頻譜分析儀，結合運用紙板樣板之類的臨時用具，用於繪製輻射分佈圖。這些方法較為主觀、沒有一定的標準，而且過程繁複，結果可信度自然不高。

​市面上也有可用於繪製磁場分佈圖的商用掃描器，但有兩大限制：

• ​單一維度量測—這類掃描器只量測一個維度的磁場，無法完整呈現磁場的三維特性。
• ​環境不準確—這些掃描器無法在機箱內的原生環境中掃描板卡，但這個步驟卻是影響測量結果準確與否的重要關鍵。

​解決方案開發

​NI 工程師 Ed Loewenstein 與 Tim Keil 利用三顆步進馬達、NI PXI 儀器和 LabVIEW 開發出一款客製化掃描器，自動量測近場輻射。這款掃描器的設計旨在因應下列需求：

• ​三維量測—此解決方案不同於商用掃描器，它能讓探針在三維空間自由調整角度，充分繪製出完整的磁場分佈。
• ​在裝置原生環境中操作—這款掃描器能在 PXI 模組於機箱內運作時量測輻射，確實測得準確且具參考價值的資料。
• ​自動收集資料—這款掃描器經自動化處理，可以確實保持運作與資料擷取的一致性。

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圖 1：PXI 機箱內的近場輻射探針。

​NI 團隊使用數款 NI 硬體與軟體工具建構及操作掃描器：

• ​NI PXIe-4139 電源供應器—PXIe-4139 是一款高精準度系統電源量測單元 (SMU)。其用途是為馬達供電，另外還多了能提供診斷資訊這項優點。只要監控電流與電壓，這款電源供應器就能保持安全運作，避免損壞。
• ​NI PXIe-5170 示波器—PXI-5170R 是一款高速示波器，其設計旨在讓訊號收發作業保持精準。選擇這款示波器的原因，在於它能夠準確又有效率地自探針擷取頻譜。它具備高頻寬與即時處理功能，兩項都是建立詳盡輻射熱圖的關鍵。
• ​NI LabVIEW—LabVIEW 是一種圖形化程式設計環境，可用於控制整個系統。LabVIEW 在整個測試流程的自動作業中發揮相當重要的作用，包括控制電源供應器與步進馬達、讀取各類感測器、擷取示波器的資料，以及記錄和顯示結果。
• ​NI Vision Development Module—Vision Development Module 結合 LabVIEW，用於開發需要影像處理功能的應用。這款模組支援團隊動態切割資料並即時呈現輻射情形，有助於大幅加快處理流程，解讀結果也更輕鬆。

​圖 2：近場輻射測試方案的 LabVIEW 使用者介面。

​結果與結論

這套創新解決方案建立了一套採一致標準、自動作業且穩定可靠的近場輻射評估方法。此方法能夠協助工程師迅速偵測並解決 EMI 問題，顯著提升模組效能與相容性。此外，這套解決方案也成就了持續改進的文化，鼓勵工程師運用掃描器的回饋反覆測試並改良設計。

​此近場輻射測試方法的開發不僅解決了嚴峻的內部挑戰，也充分展現出 NI 產品的功能與彈性。

​工程師介紹：Ed Loewenstein

​Ed Loewenstein 於 1987 年進入 NI 任職，目前擔任首席架構師，專心致力於推動長期創新專案。在其職業生涯中，他幾乎參與了 NI 整個硬體產品組合的研發工作，其中包括資料擷取、PXI 以及 RF 相關產品。Ed 樂於學習且致力於持續改進，工作表現成績斐然。他為人友善、樂於協作，是推動 NI 持續進步的重要團隊成員。   

​「我喜歡這類專案，因為在參與過程中，我不但能運用到已經具備的一些技能，也有機會學到新的技能。我本來對於運動控制或影像處理這些領域一無所知，後來也掌握了相關技能。我雖不擅長軟體開發，但 LabVIEW 讓我能夠運用可靠的方式寫出程式，充分因應我的需求。」